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JP5472471B2 - Digital watermark embedding apparatus, digital watermark embedding method, digital watermark embedding computer program, and digital watermark detection apparatus - Google Patents

Digital watermark embedding apparatus, digital watermark embedding method, digital watermark embedding computer program, and digital watermark detection apparatus Download PDF

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JP5472471B2 JP2012530496A JP2012530496A JP5472471B2 JP 5472471 B2 JP5472471 B2 JP 5472471B2 JP 2012530496 A JP2012530496 A JP 2012530496A JP 2012530496 A JP2012530496 A JP 2012530496A JP 5472471 B2 JP5472471 B2 JP 5472471B2
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Description

本発明は、例えば、動画像データ中に電子透かし情報を埋め込む電子透かし埋め込み装置、電子透かし埋め込み方法及び電子透かし埋め込み用コンピュータプログラム及び動画像データに埋め込まれた電子透かし情報を検出する電子透かし検出装置に関する。   The present invention relates to, for example, a digital watermark embedding device that embeds digital watermark information in moving image data, a digital watermark embedding method, a computer program for embedding digital watermark, and a digital watermark detection device that detects digital watermark information embedded in moving image data About.

近年、インターネットなどを介して、映画などの映像コンテンツを配信するサービスが提供されている。これらの映像コンテンツは、デジタル著作権管理(Digital Rights Management、DRM)技術によって暗号化された上で配信される。また、DRM技術によって、これらの動画コンテンツを不正に複製したり、あるいは配布することが禁止されている。
しかし、視聴者がコンピュータのディスプレイまたはテレビジョンモニタに表示された映像コンテンツをカムコーダなどの撮影機器を用いて撮影することによって映像コンテンツを不正に複製し、複製された映像コンテンツを不正に流通させる事件が発生している。ディスプレイに表示された映像コンテンツは、暗号化されていないため、撮影により複製された映像コンテンツの流通を防ぐことは難しい。
In recent years, services for distributing video content such as movies via the Internet have been provided. These video contents are distributed after being encrypted by digital rights management (DRM) technology. Also, DRM technology prohibits unauthorized copying or distribution of these video contents.
However, a case where the viewer illegally duplicates the video content by photographing the video content displayed on the computer display or the television monitor using a photographing device such as a camcorder, and illegally distributes the duplicated video content. Has occurred. Since the video content displayed on the display is not encrypted, it is difficult to prevent the distribution of the video content copied by shooting.

そこで、予め視聴者の識別番号などの情報を電子透かしとして、動画像データに埋め込む技術が開発されている。電子透かしは、ディスプレイに表示されたその電子透かしが埋め込まれた動画像データをカムコーダで撮影して不正に複製したとしても、複製された動画像データの中に依然として残っている。このようなアナログキャプチャによって不正に複製された動画像データの流通後において、その複製された動画像データから電子透かしを検出することにより、映像コンテンツの不正利用を行った視聴者の識別番号が特定可能となっている。したがって、映像コンテンツがアナログキャプチャにより不正に複製されて動画投稿サイトなどにアップロードされた場合でも、映像コンテンツの管理者は、アップロードされた映像コンテンツに埋め込まれている情報から流出元を特定することができる。   Therefore, a technique has been developed in which information such as a viewer identification number is embedded in moving image data as a digital watermark in advance. Even if the moving image data embedded with the electronic watermark displayed on the display is shot with a camcorder and illegally copied, the electronic watermark still remains in the copied moving image data. After the distribution of moving image data illegally copied by analog capture, the identification number of the viewer who has illegally used video content is identified by detecting the digital watermark from the copied moving image data. It is possible. Therefore, even when video content is illegally duplicated by analog capture and uploaded to a video posting site or the like, the video content manager may specify the source of the leak from the information embedded in the uploaded video content. it can.

ところで、視聴者が動画像データに埋め込まれた電子透かしを識別できないように、電子透かしは動画像データに埋め込まれることが好ましい。視聴者が電子透かしを識別できないように電子透かしを動画像データに埋め込むためには、電子透かしにより生じる輝度変動、すなわち、電子透かしが埋め込まれた領域内の画素の値とその周囲の画素の値の差は小さいことが好ましい。しかし、電子透かしが埋め込まれた領域の画素とその周辺の画素間の画素値の差が小さいと、Moving Picture Experts Group(MPEG)などの規格に従って電子透かしが埋め込まれた動画像データを圧縮することにより、電子透かしが消失してしまうおそれがあった。また、電子透かしが埋め込まれた動画像データがカムコーダなどによって撮影された時の画像の歪みなどによっても、電子透かしが消失するおそれがある。電子透かしが埋め込まれた領域の画素とその周辺の画素間の画素値の差が大きければ、このような問題は生じないものの、この場合には、電子透かしは視聴者によって知覚可能となる。つまり、電子透かしによる空間的な画素値変化の大きさと、電子透かしが消失しないための耐性はトレードオフの関係にある。このトレードオフの問題を解決するために、これまでに、様々な電子透かし技術が発明されてきた(例えば、特許文献1〜4を参照)。   By the way, it is preferable that the digital watermark is embedded in the moving image data so that the viewer cannot identify the digital watermark embedded in the moving image data. In order to embed a digital watermark in moving image data so that the viewer cannot identify the digital watermark, luminance fluctuation caused by the digital watermark, that is, the value of the pixel in the area where the digital watermark is embedded and the values of the surrounding pixels The difference is preferably small. However, if the pixel value difference between the pixels in the area where the digital watermark is embedded and the surrounding pixels is small, the video data embedded with the digital watermark should be compressed according to standards such as the Moving Picture Experts Group (MPEG). As a result, the digital watermark may be lost. In addition, the digital watermark may be lost due to image distortion or the like when the moving image data in which the digital watermark is embedded is captured by a camcorder or the like. Such a problem does not occur if the pixel value difference between the pixels in the area where the digital watermark is embedded and the surrounding pixels is large, but in this case, the digital watermark can be perceived by the viewer. In other words, there is a trade-off relationship between the magnitude of the spatial pixel value change caused by the digital watermark and the resistance to the digital watermark not disappearing. In order to solve this trade-off problem, various digital watermark techniques have been invented so far (see, for example, Patent Documents 1 to 4).

例えば、特許文献1に開示された付加信号多重化装置は、主信号をフィールド繰返しで出力し、付加信号をフィールドごとに反転するフィールド繰返しで出力し、その主信号と付加信号を多重化する。
また、特許文献2に開示された電子透かし埋め込み装置は、N以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして埋め込む。この電子透かし埋め込み装置は、埋め込み情報に基づいて(N-1)次元パターンを生成し、(N-1)次元パターン上の値に応じて周期信号を変調することによりN次元の埋め込みパターンを生成し、その埋め込みパターンを入力信号に重畳する。あるいは、電子透かし埋め込み装置は、入力信号を直交変換して得られる信号の一部の(N-1)次平面に(N-1)次元パターンを重畳し、その(N-1)次元パターンが重畳された信号を直交逆変換する。
さらに特許文献3に開示された電子透かし埋め込み装置は、符号化された透かし情報に応じて、動画像に含まれるフレームごとに埋め込む幾何パターンの位置を、時間的に変化させる。この電子透かし埋め込み装置は、透かし情報の値に応じて、時系列的に幾何パターンの位置が上に凸となるように変化するか、あるいは下に凸となるように変化させる。
さらに特許文献4に開示された電子透かし埋め込み方法は、各フレームに埋め込む電子透かしのパターンに含まれるシンボル成分を、例えばスペクトル拡散による拡散パターンとして、フレーム毎に変化させる。
For example, the additional signal multiplexing apparatus disclosed in Patent Document 1 outputs the main signal by field repetition, outputs the additional signal by field repetition that inverts every field, and multiplexes the main signal and the additional signal.
The digital watermark embedding device disclosed in Patent Document 2 embeds embedded information as an electronic watermark into an input signal having dimensions of N or more. This digital watermark embedding device generates an (N-1) -dimensional pattern based on embedded information, and generates an N-dimensional embedded pattern by modulating a periodic signal according to the value on the (N-1) -dimensional pattern Then, the embedded pattern is superimposed on the input signal. Alternatively, the digital watermark embedding apparatus superimposes the (N-1) dimensional pattern on the (N-1) order plane of a part of the signal obtained by orthogonal transform of the input signal, and the (N-1) dimensional pattern is An orthogonal inverse transform is performed on the superimposed signal.
Furthermore, the digital watermark embedding device disclosed in Patent Document 3 temporally changes the position of the geometric pattern to be embedded for each frame included in the moving image in accordance with the encoded watermark information. This digital watermark embedding device changes the position of the geometric pattern so as to be convex upward or convex downward depending on the value of the watermark information.
Furthermore, the digital watermark embedding method disclosed in Patent Document 4 changes a symbol component included in a digital watermark pattern embedded in each frame, for example, as a spread pattern by spectrum spread for each frame.

特開平3−10483号公報JP-A-3-10483 国際公開第2007/102403号公報International Publication No. 2007/102403 特開2004−179744号公報JP 2004-179744 A 特開2006−270215号公報JP 2006-270215 A

しかし、特許文献1に開示された技術では、電子透かしを検出する装置は、埋め込んだ情報を検出する際にフレーム間差分を求めることで埋め込んだ情報を強調し、その強調された情報を検出する。そのため、ディスプレイ上に表示された動画像のフレームと、ディスプレイ上に表示された動画像データを撮影するビデオカメラのフレームとは、正確に同期している必要がある。しかし、ディスプレイの表示のフレームレートとビデオカメラのキャプチャのフレームレートが正確に一致することはほとんどない。そのため、電子透かしを検出する装置は、アナログキャプチャされた動画像データから電子透かし情報を検出できない可能性が高い。
また、特許文献2に開示された技術は、特許文献1に開示された技術と比較して、フレームの正確な同期は不要という点で異なる。そのため、特許文献2に開示された技術では、アナログキャプチャに対する電子透かし情報の耐性は改善されている。しかし、特許文献2に開示された技術では、透かしを埋め込む位置が常に一定のため、“すりガラス効果”と呼ばれる、ノイズが映像に張り付くような現象が生じる問題がある。
However, in the technique disclosed in Patent Document 1, an apparatus for detecting a digital watermark emphasizes embedded information by obtaining a difference between frames when detecting embedded information, and detects the emphasized information. . Therefore, the frame of the moving image displayed on the display and the frame of the video camera that captures the moving image data displayed on the display need to be accurately synchronized. However, the display display frame rate and the video camera capture frame rate rarely match exactly. Therefore, there is a high possibility that an apparatus that detects digital watermarks cannot detect digital watermark information from analog captured video data.
Further, the technique disclosed in Patent Document 2 is different from the technique disclosed in Patent Document 1 in that accurate synchronization of frames is unnecessary. Therefore, in the technique disclosed in Patent Document 2, the resistance of digital watermark information to analog capture is improved. However, the technique disclosed in Patent Document 2 has a problem in that noise is stuck to an image, which is called “frosted glass effect”, because the watermark embedding position is always constant.

また特許文献3に開示された技術を用いて電子透かし情報が埋め込まれた動画像データをアナログキャプチャして作成された動画像データからフレームがいくつか間引かれると、幾何パターンの位置の上端と下端の中間の基準位置が見つけることは困難になる。その結果として、電子透かしの検出が困難となる。また、画像中から幾何パターンの位置を特定するためには、幾何パターンが埋め込まれた部分の画素値とその周囲の画素値との差が大きくなければならず、その結果として画質劣化を生じてしまう。更に、画像中には、一般に、平行移動する物体の像が多く含まれるので、そのような像の移動と幾何パターンの移動との区別がつき難いので、幾何パターンの検出が難しい。そして電子透かしを検出する装置が、幾つかのフレームで幾何パターンの検出に失敗すると、フレームが間引かれているのと同様に、電子透かしの検出が困難となる。
さらに、特許文献4に開示された技術では、フレームごとに拡散パターンが異なるために、電子透かしを検出する装置は、フレームごとに拡散パターンを推定する必要があり、それだけ透かしの検出が難しくなる。
Further, when several frames are thinned out from moving image data created by analog capture of moving image data in which digital watermark information is embedded using the technique disclosed in Patent Document 3, the upper end of the position of the geometric pattern It becomes difficult to find a reference position in the middle of the lower end. As a result, it becomes difficult to detect a digital watermark. In addition, in order to specify the position of the geometric pattern from the image, the difference between the pixel value of the portion where the geometric pattern is embedded and the surrounding pixel values must be large, resulting in image quality degradation. End up. Furthermore, since an image generally includes many images of an object that moves in parallel, it is difficult to distinguish between the movement of such an image and the movement of the geometric pattern, so that it is difficult to detect the geometric pattern. If a device for detecting a digital watermark fails to detect a geometric pattern in several frames, it becomes difficult to detect the digital watermark as if the frames are thinned out.
Furthermore, in the technique disclosed in Patent Document 4, since the diffusion pattern is different for each frame, an apparatus for detecting a digital watermark needs to estimate the diffusion pattern for each frame, which makes detection of the watermark more difficult.

そこで本明細書は、動画像データがアナログキャプチャなどにより改変されても電子透かし情報が消失せず、かつ、視聴者が電子透かし情報を視認できないように電子透かし情報を動画像データに埋め込む電子透かし埋め込み装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present specification describes an electronic watermark in which electronic watermark information is embedded in the moving image data so that the electronic watermark information is not lost even if the moving image data is modified by analog capture or the like, and the viewer cannot view the electronic watermark information. An object is to provide an embedding device.

一つの実施形態によれば、電子透かし埋め込み装置が提供される。この電子透かし埋め込み装置は、動画像データ及び電子透かし情報を取得するインターフェース部と、動画像データに電子透かし情報を埋め込む処理部とを有する。この処理部は、複数の画素を含み、かつ動画像データ中の各画像に重畳される透かしパターンが、動画像データ中の各画像上の所定位置に設定された基準領域の少なくとも一部を含む第1の移動範囲内で時間経過とともにシンボルの値に応じて移動し、かつ透かしパターンの移動に伴って、透かしパターンによって重畳される基準領域の平均画素値が周期的に変化するように、透かしパターンの位置を決定する透かしパターン位置決定機能と、基準領域と透かしパターンとが重なる領域に含まれる各画素の値を透かしパターンの対応する画素の値に応じて修正する透かしパターン重畳機能とを実現する。   According to one embodiment, a digital watermark embedding device is provided. The digital watermark embedding apparatus includes an interface unit that acquires moving image data and digital watermark information, and a processing unit that embeds digital watermark information in the moving image data. The processing unit includes a plurality of pixels, and a watermark pattern to be superimposed on each image in the moving image data includes at least a part of a reference region set at a predetermined position on each image in the moving image data. The watermark moves so as to move according to the value of the symbol with time in the first movement range, and as the watermark pattern moves, the average pixel value of the reference area superimposed by the watermark pattern changes periodically. A watermark pattern position determination function that determines the position of the pattern and a watermark pattern superimposition function that corrects the value of each pixel included in the area where the reference area and the watermark pattern overlap according to the value of the corresponding pixel in the watermark pattern To do.

また、他の実施形態によれば、電子透かし埋め込み方法が提供される。この電子透かし埋め込み方法は、動画像データ及び電子透かし情報を取得し、複数の画素を含み、かつ動画像データ中の各画像に重畳される透かしパターンが、動画像データ中の各画像上の所定位置に設定された基準領域の少なくとも一部を含む第1の移動範囲内で時間経過とともにシンボルの値に応じて移動し、かつ透かしパターンの移動に伴って、透かしパターンによって重畳される基準領域の平均画素値が周期的に変化するように、透かしパターンの位置を決定し、基準領域と透かしパターンとが重なる領域に含まれる各画素の値を透かしパターンの対応する画素の値に応じて修正することを含む。   According to another embodiment, a digital watermark embedding method is provided. This digital watermark embedding method acquires moving image data and digital watermark information, includes a plurality of pixels, and a watermark pattern to be superimposed on each image in the moving image data is a predetermined pattern on each image in the moving image data. The reference region is moved according to the value of the symbol with time in a first movement range including at least a part of the reference region set at the position, and the reference region superimposed by the watermark pattern is moved with the movement of the watermark pattern. The position of the watermark pattern is determined so that the average pixel value changes periodically, and the value of each pixel included in the region where the reference region and the watermark pattern overlap is corrected according to the value of the corresponding pixel of the watermark pattern. Including that.

さらに他の実施形態によれば、動画像データに電子透かし情報を埋め込むことをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムが提供される。このコンピュータプログラムは、複数の画素を含み、かつ動画像データ中の各画像に重畳される透かしパターンが、動画像データ中の各画像上の所定位置に設定された基準領域の少なくとも一部を含む第1の移動範囲内で時間経過とともにシンボルの値に応じて移動し、かつ透かしパターンの移動に伴って、透かしパターンによって重畳される基準領域の平均画素値が周期的に変化するように、透かしパターンの位置を決定し、基準領域と透かしパターンとが重なる領域に含まれる各画素の値を透かしパターンの対応する画素の値に応じて修正することをコンピュータに実行させる命令コードを有する。   According to still another embodiment, there is provided a computer program that causes a computer to embed digital watermark information in moving image data. The computer program includes a plurality of pixels, and a watermark pattern to be superimposed on each image in the moving image data includes at least a part of a reference area set at a predetermined position on each image in the moving image data. The watermark moves so as to move according to the value of the symbol with time in the first movement range, and as the watermark pattern moves, the average pixel value of the reference area superimposed by the watermark pattern changes periodically. It has an instruction code for determining the position of the pattern and for causing the computer to correct the value of each pixel included in the area where the reference area and the watermark pattern overlap according to the value of the corresponding pixel of the watermark pattern.

さらに他の実施形態によれば、電子透かし検出装置が提供される。この電子透かし検出装置は、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データを取得するインターフェース部と、動画像データに埋め込まれた電子透かし情報を検出する処理部とを有する。この処理部は、動画像データ中の各画像について、各画像の所定位置に設定された基準領域内の平均画素値を算出する画素値平均化機能と、基準領域内の平均画素値が時間経過に応じて変動する場合に電子透かし情報に含まれ、かつ誤り訂正符号もしくは誤り検出符号を用いて符号化されたシンボルのパターンに含まれるシンボルに対応する透かしパターンが各画像に埋め込まれていると判定する透かしパターン検出機能と、基準領域内の平均画素値の変化の位相を判定する透かし位相検出機能と、位相の違いから取り得る全てのシンボルのパターンを計算し、シンボルのパターンのうち、誤り訂正符号もしくは誤り検出符号に応じて復号したときに誤りの無いシンボルのパターンに含まれるシンボルの値を電子透かし情報に含まれるシンボルの値とする電子透かし情報抽出機能とを実現する。
あるいは、処理部は、上記の透かしパターン検出機能、位相検出機能及び電子透かし情報抽出機能の代わりに、基準領域内の平均画素値が時間経過に応じて変動する場合に電子透かし情報に含まれるシンボルに対応する透かしパターンが各画像に埋め込まれていると判定する透かしパターン検出機能と、基準領域に含まれる各画素の値の時間変動に基づいて透かしパターンの移動方向を特定する透かしパターン移動方向検出機能と、透かしパターンの移動方向と電子透かし情報に含まれるシンボルが取り得る値との対応関係を表す参照テーブルを参照して、透かしパターンの移動方向に対応する値を電子透かし情報に含まれるシンボルの値とする電子透かし情報抽出機能とを実現する。
According to still another embodiment, a digital watermark detection apparatus is provided. The electronic watermark detection apparatus includes an interface unit that acquires moving image data in which electronic watermark information is embedded, and a processing unit that detects electronic watermark information embedded in the moving image data. This processing unit has a pixel value averaging function for calculating an average pixel value in a reference area set at a predetermined position of each image for each image in the moving image data, and the average pixel value in the reference area has elapsed over time. A watermark pattern corresponding to a symbol included in the digital watermark information and encoded in the error correction code or the error detection code is embedded in each image. The watermark pattern detection function to determine, the watermark phase detection function to determine the phase of the average pixel value change in the reference area, and all symbol patterns that can be taken from the difference in phase are calculated. The symbol value included in the digital watermark information is the symbol value included in the symbol pattern without error when decoding according to the correction code or error detection code. To realize the electronic watermark information extraction function according to the value.
Alternatively, instead of the watermark pattern detection function, the phase detection function, and the digital watermark information extraction function, the processing unit may include symbols included in the digital watermark information when the average pixel value in the reference region varies with time. A watermark pattern detection function that determines that a watermark pattern corresponding to is embedded in each image, and a watermark pattern movement direction detection that identifies the movement direction of the watermark pattern based on the temporal variation of the value of each pixel included in the reference area The symbol included in the digital watermark information includes a value corresponding to the movement direction of the watermark pattern with reference to a reference table that represents the correspondence relationship between the function and the movement direction of the watermark pattern and the value that can be taken by the symbol included in the digital watermark information. And a digital watermark information extraction function with a value of.

本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を制限するものではないことを理解されたい。
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
It should be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention as claimed.

ここに開示される電子透かし埋め込み装置は、動画像データがアナログキャプチャなどにより改変されても電子透かし情報が消失せず、かつ、視聴者が電子透かし情報を視認できないように、電子透かし情報を動画像データに埋め込むことができる。   The digital watermark embedding device disclosed herein converts the digital watermark information into a moving image so that the digital watermark information is not lost even if the moving image data is modified by analog capture or the like, and the viewer cannot visually recognize the digital watermark information. It can be embedded in image data.

図1は、第1の実施形態による電子透かし埋め込み装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a digital watermark embedding apparatus according to the first embodiment. 図2は、第1の実施形態による、電子透かし情報を動画像データに埋め込むために実現される処理部の機能を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating functions of a processing unit realized for embedding digital watermark information in moving image data according to the first embodiment. 図3(A)は、基準領域と透かしパターンの関係の一例を示す図である。図3(B)は、図3(A)に対応する、基準領域内の画素値の平均値の時間変化を表すグラフである。FIG. 3A is a diagram illustrating an example of the relationship between the reference region and the watermark pattern. FIG. 3B is a graph showing the change over time of the average value of the pixel values in the reference area, corresponding to FIG. 図4(A)は、基準領域と透かしパターンの関係の他の一例を示す図である。図4(B)は、図4(A)に対応する、基準領域内の画素値の平均値の時間変化を表すグラフである。FIG. 4A is a diagram illustrating another example of the relationship between the reference area and the watermark pattern. FIG. 4B is a graph showing the change over time of the average value of the pixel values in the reference area, corresponding to FIG. 図5(A)〜図5(F)は、基準領域と透かしパターンの関係のさらに他の一例を示す図である。5A to 5F are diagrams showing still another example of the relationship between the reference region and the watermark pattern. 図6は、基準領域と透かしパターンの関係のさらに他の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating still another example of the relationship between the reference region and the watermark pattern. 図7は、第1の実施形態による電子透かし埋め込み装置の処理部上で実行されるコンピュータプログラムにより制御される、電子透かし埋め込み処理の動作フローチャートである。FIG. 7 is an operation flowchart of a digital watermark embedding process controlled by a computer program executed on the processing unit of the digital watermark embedding apparatus according to the first embodiment. 図8は、第2の実施形態による、電子透かし情報を動画像データに埋め込むために実現される処理部の機能を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram illustrating functions of a processing unit realized for embedding digital watermark information in moving image data according to the second embodiment. 図9は、原画像上の各ブロックの位置と、スクランブル処理後の画像における各ブロックの位置との関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the position of each block on the original image and the position of each block in the image after scramble processing. 図10は、透かしパターンのサイズとスクランブルブロックのサイズの関係の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the relationship between the watermark pattern size and the scramble block size. 図11(A)は、透かしパターンが埋め込まれたランダム変換された画像の一例を示す図であり、図11(B)は、図11(A)に示された画像を逆ランダム変換した画像を示す図である。FIG. 11A is a diagram illustrating an example of a randomly converted image in which a watermark pattern is embedded, and FIG. 11B is an image obtained by performing inverse random conversion on the image illustrated in FIG. FIG. 図12は、第2の実施形態による電子透かし埋め込み装置の処理部上で実行されるコンピュータプログラムにより制御される、電子透かし埋め込み処理の動作フローチャートである。FIG. 12 is an operation flowchart of a digital watermark embedding process controlled by a computer program executed on the processing unit of the digital watermark embedding apparatus according to the second embodiment. 図13は、第3の実施形態による、電子透かし情報を動画像データに埋め込むために実現される処理部の機能を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating functions of a processing unit realized for embedding digital watermark information in moving image data according to the third embodiment. 図14(A)は、特定基準領域を含む複数の基準領域が設定された画像の一例を示す図であり、図14(B)は、図14(A)に示された画像について設定された各基準領域内の平均画素値の時間変化の一例を示すグラフである。FIG. 14A is a diagram showing an example of an image in which a plurality of reference areas including a specific reference area are set, and FIG. 14B is set for the image shown in FIG. It is a graph which shows an example of the time change of the average pixel value in each reference field. 図15は、一つの実施形態による電子透かし検出装置の概略構成図である。FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a digital watermark detection apparatus according to one embodiment. 図16は、電子透かし情報を動画像データ上で検出するために実現される電子透かし検出装置の処理部の機能を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram illustrating functions of a processing unit of a digital watermark detection apparatus realized for detecting digital watermark information on moving image data. 図17は、電子透かし検出装置の処理部上で実行されるコンピュータプログラムにより制御される、電子透かし検出処理の動作フローチャートである。FIG. 17 is an operation flowchart of a digital watermark detection process controlled by a computer program executed on the processing unit of the digital watermark detection apparatus.

以下、図を参照しつつ、各実施形態による、電子透かし埋め込み装置について説明する。この電子透かし埋め込み装置は、電子透かし情報が埋め込まれていることを表す透かしパターンと動画像データの各画像上の基準領域とが重複する領域の面積を、時系列に沿って変化させることで基準領域内の画素値の平均値を時間的に変動させる。   Hereinafter, a digital watermark embedding device according to each embodiment will be described with reference to the drawings. This digital watermark embedding device is configured to change the area of a region where a watermark pattern indicating that digital watermark information is embedded and a reference region on each image of moving image data overlap with each other in time series. The average value of the pixel values in the region is changed with time.

なお、動画像データに含まれる各画像は、フレームまたはフィールドの何れであってもよい。フレームは、動画像データ中の一つの静止画像であり、一方、フィールドは、フレームから奇数行のデータあるいは偶数行のデータのみを取り出すことにより得られる静止画像である。   Each image included in the moving image data may be either a frame or a field. The frame is one still image in the moving image data, while the field is a still image obtained by extracting only odd-numbered data or even-numbered data from the frame.

図1は、一つの実施形態による電子透かし埋め込み装置の概略構成図である。電子透かし埋め込み装置1は、インターフェース部11と、記憶部12と、処理部13とを有する。そして電子透かし埋め込み装置1は、インターフェース部11を介して取得した、動画像データに対して電子透かし情報を埋め込む。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a digital watermark embedding device according to one embodiment. The digital watermark embedding device 1 includes an interface unit 11, a storage unit 12, and a processing unit 13. The digital watermark embedding device 1 embeds digital watermark information in the moving image data acquired via the interface unit 11.

インターフェース部11は、例えば、電子透かし埋め込み装置1を、カムコーダなどの動画像入力装置(図示せず)または液晶ディスプレイなどの画像表示装置(図示せず)と接続するためのビデオ信号インターフェース及びその制御回路を有する。あるいは、インターフェース部11は、電子透かし埋め込み装置1を、イーサネット(登録商標)などの通信規格に従った通信ネットワークに接続するための通信インターフェース及びその制御回路を有してもよい。あるいはまた、インターフェース部11は、無線配信される動画像データを受信するためのアンテナと電子透かし埋め込み装置1を接続し、アンテナを介して受信した動画像データを復号するための回路を有する。
インターフェース部11は、動画像入力装置から、または通信ネットワークあるいはアンテナを介して動画像データを取得し、その動画像データを処理部13へ渡す。
さらに、インターフェース部11は、キーボードまたはマウスといったユーザインターフェース装置を電子透かし埋め込み装置1に接続するために、ユニーバーサルシリアルバスなどのバス規格に従ったインターフェース回路を有してもよい。そしてインターフェース部11は、ユーザインターフェース装置または通信ネットワークから、動画像データに電子透かし情報として埋め込むデータを取得し、そのデータを処理部13へ渡す。
The interface unit 11 is, for example, a video signal interface for connecting the digital watermark embedding device 1 to a moving image input device (not shown) such as a camcorder or an image display device (not shown) such as a liquid crystal display and its control. It has a circuit. Alternatively, the interface unit 11 may include a communication interface for connecting the digital watermark embedding device 1 to a communication network according to a communication standard such as Ethernet (registered trademark) and a control circuit thereof. Alternatively, the interface unit 11 has a circuit for connecting the antenna for receiving moving image data distributed wirelessly and the digital watermark embedding apparatus 1 and decoding the moving image data received via the antenna.
The interface unit 11 acquires moving image data from the moving image input device or via a communication network or an antenna, and passes the moving image data to the processing unit 13.
Further, the interface unit 11 may include an interface circuit in accordance with a bus standard such as a universal serial bus in order to connect a user interface device such as a keyboard or a mouse to the digital watermark embedding device 1. The interface unit 11 acquires data to be embedded as digital watermark information in the moving image data from the user interface device or the communication network, and passes the data to the processing unit 13.

電子透かし情報は、例えば、視聴者の識別番号、動画像データの配信元の識別番号及び電子透かし埋め込み装置1が組み込まれた映像再生装置の識別番号の少なくとも一つを含む。また本明細書において、電子透かし情報に含まれる視聴者の識別番号などを表す複数の数値又は記号のうちの一つ、例えば、一つのビットをシンボルとする。従って、電子透かし情報に含まれるシンボルは、予め定められた、互いに異なる複数の値のうちの何れかの値を持つ。例えば、電子透かし情報に含まれるシンボルがビットであれば、そのシンボルは、'0'または'1'の値を持つ。   The digital watermark information includes, for example, at least one of a viewer identification number, a moving image data distribution source identification number, and an identification number of a video reproduction apparatus in which the digital watermark embedding apparatus 1 is incorporated. Further, in this specification, one of a plurality of numerical values or symbols representing the viewer identification number included in the digital watermark information, for example, one bit is used as a symbol. Therefore, the symbols included in the digital watermark information have any one of a plurality of predetermined different values. For example, if the symbol included in the digital watermark information is a bit, the symbol has a value of “0” or “1”.

さらに、インターフェース部11は、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データを処理部13から受け取り、その電子透かし情報が埋め込まれた動画像データを液晶ディスプレイなどの画像表示装置へ出力する。または、インターフェース部11は、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データを、通信ネットワークを介して電子透かし埋め込み装置1と接続された他の機器へ送信してもよい。   Further, the interface unit 11 receives the moving image data in which the digital watermark information is embedded from the processing unit 13, and outputs the moving image data in which the digital watermark information is embedded to an image display device such as a liquid crystal display. Alternatively, the interface unit 11 may transmit the moving image data in which the digital watermark information is embedded to another device connected to the digital watermark embedding apparatus 1 via a communication network.

記憶部12は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置、または光ディスク装置のうちの少なくとも何れか一つを有する。そして記憶部12は、電子透かし埋め込み装置1で実行されるコンピュータプログラムと、電子透かし情報を埋め込むために使用する各種のパラメータを記憶する。また記憶部12は、電子透かし情報が埋め込まれる前の動画像データに含まれる1以上の画像及び電子透かし情報を、処理部13により電子透かし情報が埋め込まれた動画像データが作成されるまで、一時的に記憶してもよい。さらに記憶部12は、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データを記憶してもよい。   The storage unit 12 includes, for example, at least one of a semiconductor memory, a magnetic disk device, and an optical disk device. The storage unit 12 stores a computer program executed by the digital watermark embedding apparatus 1 and various parameters used for embedding digital watermark information. In addition, the storage unit 12 stores one or more images and digital watermark information included in the moving image data before the digital watermark information is embedded until the processing unit 13 generates the moving image data in which the digital watermark information is embedded. You may memorize | store temporarily. Further, the storage unit 12 may store moving image data in which digital watermark information is embedded.

処理部13は、1個または複数個のプロセッサと、ランダムアクセスメモリといったメモリ回路と、周辺回路を有する。そして処理部13は、動画像データに電子透かし情報を埋め込む。さらに処理部13は、電子透かし埋め込み装置1全体を制御する。   The processing unit 13 includes one or a plurality of processors, a memory circuit such as a random access memory, and a peripheral circuit. Then, the processing unit 13 embeds digital watermark information in the moving image data. Further, the processing unit 13 controls the entire digital watermark embedding apparatus 1.

図2は、動画像データに電子透かし情報を埋め込むために実現される処理部13の機能を示すブロック図である。処理部13は、透かしパターン位置決定部21と、透かしパターン重畳部22と、移動履歴記録部23とを有する。処理部13が有するこれらの各部は、処理部13が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、透かしパターン位置決定部21、透かしパターン重畳部22及び移動履歴記録部23は、それぞれ別個の演算回路として電子透かし埋め込み装置1に実装されてもよい。   FIG. 2 is a block diagram showing the function of the processing unit 13 realized for embedding digital watermark information in moving image data. The processing unit 13 includes a watermark pattern position determining unit 21, a watermark pattern superimposing unit 22, and a movement history recording unit 23. Each of these units included in the processing unit 13 is a functional module implemented by a computer program executed on a processor included in the processing unit 13. Alternatively, the watermark pattern position determining unit 21, the watermark pattern superimposing unit 22, and the movement history recording unit 23 may be implemented in the digital watermark embedding apparatus 1 as separate arithmetic circuits.

処理部13は、電子透かし情報に含まれる注目するシンボルの値に応じて、時間経過に応じて周期的に移動する所定形状を持つ透かしパターンを動画像データの各画像に重畳する。
本実施形態では、例えば、透かしパターンと同一形状及び同一サイズを持つ基準領域が画像上に設定される。そして透かしパターンは、基準領域の少なくとも一部を含む移動範囲内で、基準領域と重なった状態と、基準領域と重ならない状態とが周期的に繰り返されるように、画像上を移動する。そのため、電子透かし情報が埋め込まれていることは、基準領域に含まれる画素の平均輝度値の時間変動が、透かしパターンの移動周期に応じて発生していることで表される。
The processing unit 13 superimposes a watermark pattern having a predetermined shape that periodically moves over time on each image of the moving image data according to the value of the symbol of interest included in the digital watermark information.
In the present embodiment, for example, a reference area having the same shape and the same size as the watermark pattern is set on the image. The watermark pattern moves on the image so that the state overlapping with the reference region and the state not overlapping with the reference region are periodically repeated within a moving range including at least a part of the reference region. For this reason, the fact that the digital watermark information is embedded is represented by the fact that the temporal variation of the average luminance value of the pixels included in the reference area occurs according to the movement cycle of the watermark pattern.

また、一つの動画像データ中の各画像に、電子透かし情報に含まれる複数のシンボルを埋め込んでもよい。この場合、動画像データ中の各画像には、複数の基準領域及び透かしパターンが設定される。そして、一つの基準領域とその基準領域を含む移動範囲内で移動する透かしパターンが一つのシンボルに対応する。   A plurality of symbols included in the digital watermark information may be embedded in each image in one moving image data. In this case, a plurality of reference areas and watermark patterns are set for each image in the moving image data. Then, one reference area and a watermark pattern that moves within a moving range including the reference area correspond to one symbol.

また、本実施形態では、動画像データに埋め込まれるシンボルの値は、基準領域の平均画素値の時間変動における位相の違いによって表される。基準領域の平均画素値は、透かしパターンによって重畳される基準領域の面積によって周期的に明暗を繰り返す。
例えば、ひとつの基準領域の平均画素値がt0、t1、t2の各時刻で明、暗、明と変化する場合は、このときのシンボルは'0'と設定される。また、別の基準領域の平均画素値がt0、t1、t2の各時刻で暗、明、暗と変化する場合は、このときのシンボルは'1'であると設定される。以上のように、基準領域の平均画素値の時間変動における位相に差をつけることで、処理部13は、埋め込むシンボルの値を変更することができる。なお、シンボルの値は、上記とは逆に、基準領域の平均画素値が明、暗、明と変動するときに'1'、暗、明、暗と変動するときに'0'と設定されてもよい。
Further, in the present embodiment, the value of the symbol embedded in the moving image data is represented by the phase difference in the temporal variation of the average pixel value in the reference area. The average pixel value of the reference region periodically repeats light and dark depending on the area of the reference region superimposed by the watermark pattern.
For example, when the average pixel value of one reference region changes from light to dark to light at each time t 0 , t 1 , and t 2 , the symbol at this time is set to “0”. Further, when the average pixel value of another reference area changes to dark, bright, and dark at each time of t 0 , t 1 , and t 2 , the symbol at this time is set to “1”. As described above, the processing unit 13 can change the value of the embedded symbol by making a difference in the phase in the temporal variation of the average pixel value in the reference region. Contrary to the above, the symbol value is set to '1' when the average pixel value of the reference region varies from light to dark to light and to '0' when it varies from dark to light to dark. May be.

また、他の実施形態では、動画像データに埋め込まれるシンボルの値は、透かしパターンの移動方向によって表されてもよい。そこで透かしパターン位置決定部21は、電子透かし情報に含まれる着目するシンボルの値に応じて、透かしパターンの移動方向及び移動範囲を設定する。
例えば、着目するシンボルの値が'1'である場合、透かしパターン位置決定部21は、透かしパターンが垂直方向に移動するように移動範囲を設定する。一方、着目するシンボルの値が'0'である場合、透かしパターン位置決定部21は、透かしパターンが水平方向に移動するように移動範囲を設定する。なお、透かしパターン位置決定部21は、着目するシンボルの値が'0'である場合に透かしパターンが垂直方向に移動するように移動範囲を設定し、着目するシンボルの値が'1'である場合に透かしパターンが水平方向に移動するように移動範囲を設定してもよい。
In another embodiment, the value of the symbol embedded in the moving image data may be represented by the moving direction of the watermark pattern. Therefore, the watermark pattern position determination unit 21 sets the movement direction and movement range of the watermark pattern according to the value of the symbol of interest included in the digital watermark information.
For example, when the value of the focused symbol is “1”, the watermark pattern position determination unit 21 sets the movement range so that the watermark pattern moves in the vertical direction. On the other hand, when the value of the symbol of interest is “0”, the watermark pattern position determination unit 21 sets the movement range so that the watermark pattern moves in the horizontal direction. The watermark pattern position determination unit 21 sets a movement range so that the watermark pattern moves in the vertical direction when the value of the symbol of interest is “0”, and the value of the symbol of interest is “1”. In this case, the movement range may be set so that the watermark pattern moves in the horizontal direction.

図3(A)は、基準領域と透かしパターンの関係の一例を示す図である。動画像データには、時刻t〜(t+3)に対応する4枚の画像301〜304が含まれている。各画像上のブロック311は、透かしパターンを表し、点線で囲まれた領域312は基準領域である。また一点鎖線で囲まれた領域313が透かしパターンの移動範囲である。この例では、透かしパターン311及び基準領域312は、何れも3×3画素の矩形形状を有している。また透かしパターン311の拡大図311aは、透かしパターンに含まれる各画素の値を表す。この例では、透かしパターン311の各画素は、その拡大図311aに示されるように、'-2'の値を持つ。したがって、透かしパターンと基準領域とが重複している部分に含まれる画素の値は、元の画素値から'2'を減算した値となる。
時刻tの画像301では、基準領域312と透かしパターン311とは重複しない。時刻(t+1)の画像302では、基準領域312中の右端の列が透かしパターン311と重複している。また時刻(t+2)の画像303では、基準領域312の左端以外の列が透かしパターン311と重複している。そして時刻(t+3)の画像304では、基準領域312全体が透かしパターン311と重複している。
FIG. 3A is a diagram illustrating an example of the relationship between the reference region and the watermark pattern. The moving image data includes four images 301 to 304 corresponding to times t to (t + 3). A block 311 on each image represents a watermark pattern, and a region 312 surrounded by a dotted line is a reference region. An area 313 surrounded by an alternate long and short dash line is a movement range of the watermark pattern. In this example, both the watermark pattern 311 and the reference area 312 have a rectangular shape of 3 × 3 pixels. An enlarged view 311a of the watermark pattern 311 represents the value of each pixel included in the watermark pattern. In this example, each pixel of the watermark pattern 311 has a value of “−2” as shown in the enlarged view 311a. Therefore, the value of the pixel included in the portion where the watermark pattern and the reference region overlap is a value obtained by subtracting “2” from the original pixel value.
In the image 301 at time t, the reference area 312 and the watermark pattern 311 do not overlap. In the image 302 at time (t + 1), the rightmost column in the reference area 312 overlaps with the watermark pattern 311. In the image 303 at time (t + 2), the columns other than the left end of the reference area 312 overlap with the watermark pattern 311. In the image 304 at time (t + 3), the entire reference area 312 overlaps with the watermark pattern 311.

各画像の基準領域の拡大図312a〜312dは、それぞれ、基準領域に含まれる各画素の値を表す。拡大図312a〜312dに示されるように、時刻(t+1)の画像302では、時刻tの画像301と比較して、基準領域内の右端の列の画素値が透かしパターンの画素値に相当する'2'だけ小さくなっている。また、時刻(t+2)の画像303では、時刻tの画像301と比較して、基準領域内の左端以外の列に含まれる画素の値が透かしパターンの画素値に相当する'2'だけ小さくなっている。そして時刻(t+3)の画像304では、時刻tの画像301と比較して、基準領域内の全ての画素の値が透かしパターンの画素値に相当する'2'だけ小さくなっている。   Enlarged views 312a to 312d of the reference area of each image represent the values of the respective pixels included in the reference area. As shown in the enlarged views 312a to 312d, in the image 302 at time (t + 1), the pixel value in the rightmost column in the reference area corresponds to the pixel value of the watermark pattern in the image 301 at time t. It is smaller by '2'. Also, in the image 303 at time (t + 2), compared to the image 301 at time t, only “2” in which the pixel values included in the columns other than the left end in the reference area correspond to the pixel values of the watermark pattern. It is getting smaller. In the image 304 at time (t + 3), compared to the image 301 at time t, the values of all the pixels in the reference area are smaller by “2” corresponding to the pixel value of the watermark pattern.

図3(B)は、図3(A)に対応する、基準領域内の画素値の平均値の時間変化を表すグラフである。図3(B)において、横軸は時間を表し、縦軸は画素値を表す。そしてグラフ320は、基準領域内の画素値の平均値の時間変化を表すグラフである。基準領域に写っているシーンが急激に変化するものでなければ、透かしパターンが重畳されていない基準領域内の各画素の値は、数〜数十画像の間、時間的に変化しないとみなせる。そのため、基準領域内の画素値の平均値は、透かしパターンの移動に応じて周期的に変化する。また、基準領域内のシーンが激しく変化する場合でも、透かしパターンの移動周期、すなわち基準領域内の平均画素値の変動周期と同じ周期で振動する信号が存在しなければ、フーリエスペクトルには透かしパターンの移動周期と同じ周期のスペクトルが観察できる。この例では、基準領域内の画素値の平均値は、透かしパターンの移動周期Tに応じて三角波状に時間的に変動する。透かしパターンと基準領域とが重複しない時刻tにおいて、基準領域内の画素値の平均値は最も高くなり、透かしパターンと基準領域とが完全に重複する時刻(t+3)において、基準領域内の画素値の平均値は最も低くなる。   FIG. 3B is a graph showing the change over time of the average value of the pixel values in the reference area, corresponding to FIG. In FIG. 3B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents pixel values. A graph 320 is a graph representing a temporal change in the average value of the pixel values in the reference area. If the scene in the reference area does not change abruptly, it can be considered that the value of each pixel in the reference area where the watermark pattern is not superimposed does not change in time between several to several tens of images. Therefore, the average value of the pixel values in the reference area changes periodically according to the movement of the watermark pattern. Even if the scene in the reference area changes drastically, if there is no signal that vibrates in the same period as the movement period of the watermark pattern, that is, the fluctuation period of the average pixel value in the reference area, the Fourier spectrum has a watermark pattern. A spectrum with the same period as the movement period of can be observed. In this example, the average value of the pixel values in the reference area temporally varies in a triangular wave shape according to the movement period T of the watermark pattern. At time t when the watermark pattern and the reference area do not overlap, the average value of the pixel values in the reference area becomes the highest, and at the time (t + 3) when the watermark pattern and the reference area completely overlap, The average pixel value is the lowest.

図4(A)は、基準領域と透かしパターンの関係の他の一例を示す図である。動画像データには、時刻t〜(t+3)に対応する4枚の画像401〜404が含まれている。各画像上のブロック411は、透かしパターンを表し、点線で囲まれた領域412は基準領域である。また一点鎖線で囲まれた領域413が透かしパターンの移動範囲である。この例でも、透かしパターン411及び基準領域412は、何れも3×3画素の矩形形状を有している。また透かしパターン411の拡大図411aは、透かしパターンに含まれる各画素の値を表す。この例では、透かしパターン411の各画素は、その拡大図411aに示されるように、'+2'の値を持つ。したがって、透かしパターンと基準領域とが重複している部分に含まれる画素の値は、元の画素値に'2'を加算した値を持つ。
時刻tの画像401では、基準領域412と透かしパターン411とは重複しない。時刻(t+1)の画像402では、基準領域412中の上端の行が透かしパターン411と重複している。また時刻(t+2)の画像403では、基準領域412の下端以外の行が透かしパターン411と重複している。そして時刻(t+3)の画像404では、基準領域412全体が透かしパターン411と重複している。
FIG. 4A is a diagram illustrating another example of the relationship between the reference area and the watermark pattern. The moving image data includes four images 401 to 404 corresponding to times t to (t + 3). A block 411 on each image represents a watermark pattern, and a region 412 surrounded by a dotted line is a reference region. An area 413 surrounded by a one-dot chain line is a movement range of the watermark pattern. Also in this example, both the watermark pattern 411 and the reference area 412 have a rectangular shape of 3 × 3 pixels. An enlarged view 411a of the watermark pattern 411 represents the value of each pixel included in the watermark pattern. In this example, each pixel of the watermark pattern 411 has a value of “+2” as shown in the enlarged view 411a. Accordingly, the value of the pixel included in the portion where the watermark pattern and the reference region overlap has a value obtained by adding “2” to the original pixel value.
In the image 401 at time t, the reference area 412 and the watermark pattern 411 do not overlap. In the image 402 at time (t + 1), the uppermost line in the reference area 412 overlaps with the watermark pattern 411. In the image 403 at time (t + 2), the lines other than the lower end of the reference area 412 overlap with the watermark pattern 411. In the image 404 at time (t + 3), the entire reference area 412 overlaps with the watermark pattern 411.

各画像の基準領域の拡大図412a〜412dは、それぞれ、基準領域に含まれる各画素の値を表す。拡大図412a〜412dに示されるように、時刻(t+1)の画像402では、時刻tの画像401と比較して、基準領域内の上端の行の画素値が透かしパターンの画素値に相当する'2'だけ大きくなっている。また、時刻(t+2)の画像403では、時刻tの画像401と比較して、基準領域内の下端以外の行に含まれる画素の値が透かしパターンの画素値に相当する'2'だけ大きくなっている。そして時刻(t+3)の画像404では、時刻tの画像401と比較して、基準領域内の全ての画素の値が透かしパターンの画素値に相当する'2'だけ大きくなっている。   Enlarged views 412a to 412d of the reference area of each image represent the values of the respective pixels included in the reference area. As shown in the enlarged views 412a to 412d, in the image 402 at time (t + 1), the pixel values in the uppermost row in the reference area correspond to the pixel values of the watermark pattern in the image 401 at time t. It's bigger by '2'. In addition, in the image 403 at time (t + 2), compared to the image 401 at time t, the pixel value included in the row other than the lower end in the reference area is only “2” corresponding to the pixel value of the watermark pattern. It is getting bigger. In the image 404 at time (t + 3), compared to the image 401 at time t, the values of all the pixels in the reference area are increased by “2” corresponding to the pixel value of the watermark pattern.

図4(B)は、図4(A)に対応する、基準領域内の画素値の平均値の時間変化を表すグラフである。図4(B)において、横軸は時間を表し、縦軸は画素値を表す。そしてグラフ420は、基準領域内の画素値の平均値の時間変化を表すグラフである。基準領域内の画素値の平均値は、透かしパターンの移動に応じて周期的に変化する。この例では、基準領域内の画素値の平均値は、透かしパターンの移動周期Tに応じて三角波状に時間的に変動する。そして透かしパターンと基準領域とが重複しない時刻tにおいて、基準領域内の画素値の平均値は最も低くなり、透かしパターンと基準領域とが完全に重複する時刻(t+3)において、基準領域内の画素値の平均値は最も高くなる。   FIG. 4B is a graph showing the change over time of the average value of the pixel values in the reference area, corresponding to FIG. In FIG. 4B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents pixel values. A graph 420 is a graph representing a temporal change in the average value of the pixel values in the reference area. The average value of the pixel values in the reference area changes periodically according to the movement of the watermark pattern. In this example, the average value of the pixel values in the reference area temporally varies in a triangular wave shape according to the movement period T of the watermark pattern. At time t when the watermark pattern and the reference area do not overlap, the average value of the pixel values in the reference area is the lowest, and at the time (t + 3) when the watermark pattern and the reference area completely overlap, The average value of the pixel values is the highest.

また、透かしパターン位置決定部21は、透かしパターンを、中心角が270°であり、かつ、中心が基準領域の何れか一つのコーナーに位置する扇形に設定してもよい。この場合、透かしパターン位置決定部21は、透かしパターンの中心を回転軸とし、着目するシンボルの値に応じて、透かしパターンを回転移動させる方向を変える。   In addition, the watermark pattern position determination unit 21 may set the watermark pattern in a sector shape having a center angle of 270 ° and the center positioned at any one corner of the reference area. In this case, the watermark pattern position determination unit 21 uses the center of the watermark pattern as the rotation axis, and changes the direction in which the watermark pattern is rotated according to the value of the symbol of interest.

図5(A)〜図5(F)は、上記のように透かしパターンが扇形に設定される、基準領域と透かしパターンの関係のさらに他の一例を示す図である。図5(A)〜図5(F)において、点線で示された矩形の領域501は基準領域であり、扇形の領域502が透かしパターンである。透かしパターンの中心502aは、基準領域501の右下のコーナーに位置している。透かしパターン502の移動範囲は、埋め込まれるシンボルの値にかかわらず、透かしパターン502の中心502aを中心とし、半径が透かしパターン502の半径と同一となる円形状の領域となる。
透かしパターン位置決定部21は、埋め込まれるシンボルの値が'0'である場合、図5(A)〜図5(C)の順序に従って、透かしパターンを時計回りに回転させる。一方、透かしパターン位置決定部21は、埋め込まれるシンボルの値が'1'である場合、図5(D)〜図5(F)の順序に従って、透かしパターンを反時計回りに回転させる。
FIGS. 5A to 5F are diagrams showing still another example of the relationship between the reference area and the watermark pattern in which the watermark pattern is set in a sector shape as described above. In FIGS. 5A to 5F, a rectangular area 501 indicated by a dotted line is a reference area, and a sector area 502 is a watermark pattern. The center 502a of the watermark pattern is located at the lower right corner of the reference area 501. The moving range of the watermark pattern 502 is a circular region having the center 502a of the watermark pattern 502 as the center and the radius equal to the radius of the watermark pattern 502 regardless of the value of the embedded symbol.
When the value of the embedded symbol is “0”, the watermark pattern position determination unit 21 rotates the watermark pattern clockwise according to the order of FIG. 5A to FIG. 5C. On the other hand, when the value of the embedded symbol is “1”, the watermark pattern position determination unit 21 rotates the watermark pattern counterclockwise in accordance with the order of FIG. 5D to FIG.

透かしパターン位置決定部21は、注目する画像について、その一つ前の画像における透かしパターンの位置、透かしパターンの移動方向及び予め定められた移動量に基づいて、注目する画像における透かしパターンの位置を決定する。そのために、透かしパターン位置決定部21は、移動履歴記録部23から、一つ前の画像における、透かしパターンの位置及び透かしパターンの移動方向を表す移動方向フラグを受け取る。そして透かしパターン位置決定部21は、移動方向フラグで表された移動方向に沿って、一つ前の画像における透かしパターンの位置から所定の移動量だけ移動させた位置を、注目する画像における透かしパターンの位置とする。
例えば、図3(A)に示されるように、透かしパターンの移動範囲が、基準領域を左端とし、透かしパターンの左端が基準領域の右側に隣接する位置を右端とする範囲であるとする。この場合において、一つ前の画像における透かしパターンの移動方向が右向きである場合、透かしパターン位置決定部21は、一つ前の画像における透かしパターンの位置から所定の移動量Δだけ透かしパターンを右方向へ移動させる。逆に、一つ前の画像における透かしパターンの移動方向が左向きである場合、透かしパターン位置決定部21は、一つ前の画像における透かしパターンの位置から所定の移動量Δだけ透かしパターンを左方向へ移動させる。
The watermark pattern position determination unit 21 determines the position of the watermark pattern in the image of interest based on the position of the watermark pattern in the previous image, the movement direction of the watermark pattern, and a predetermined amount of movement of the image of interest. decide. For this purpose, the watermark pattern position determination unit 21 receives a movement direction flag indicating the position of the watermark pattern and the movement direction of the watermark pattern in the previous image from the movement history recording unit 23. The watermark pattern position determination unit 21 then moves the watermark pattern in the image of interest to the position moved by a predetermined movement amount from the position of the watermark pattern in the previous image along the movement direction represented by the movement direction flag. The position of
For example, as shown in FIG. 3A, it is assumed that the moving range of the watermark pattern is a range in which the reference region is the left end, and the left end of the watermark pattern is the right end at a position adjacent to the right side of the reference region. In this case, when the movement direction of the watermark pattern in the previous image is rightward, the watermark pattern position determination unit 21 moves the watermark pattern to the right by a predetermined movement amount Δ from the position of the watermark pattern in the previous image. Move in the direction. Conversely, when the movement direction of the watermark pattern in the previous image is leftward, the watermark pattern position determination unit 21 moves the watermark pattern leftward by a predetermined movement amount Δ from the position of the watermark pattern in the previous image. Move to.

透かしパターン位置決定部21は、注目する画像における透かしパターンの位置を透かしパターン重畳部22へ通知する。また透かしパターン位置決定部21は、注目する画像における透かしパターンの位置と透かしパターンの移動方向を表す移動方向フラグを移動履歴記録部23に渡す。その際、注目する画像における透かしパターンの位置が、移動範囲の何れかの端である場合、透かしパターン位置決定部21は、移動方向を反転し、その反転させた移動方向を表す移動フラグを透かしパターンの位置とともに移動履歴記録部23に渡す。例えば、注目する画像において、透かしパターンがその移動範囲の左端に位置している場合、透かしパターンは、その画像まで左方向へ移動しているので、透かしパターン位置決定部21は、移動方向フラグの値を右方向を表す値とする。そして透かしパターン位置決定部21は、右方向を表す移動方向フラグとともに透かしパターンの位置を移動履歴記録部23に渡す。   The watermark pattern position determining unit 21 notifies the watermark pattern superimposing unit 22 of the position of the watermark pattern in the image of interest. The watermark pattern position determination unit 21 passes a movement direction flag indicating the position of the watermark pattern and the movement direction of the watermark pattern in the image of interest to the movement history recording unit 23. At this time, when the position of the watermark pattern in the image of interest is at any end of the movement range, the watermark pattern position determination unit 21 reverses the movement direction and displays a movement flag indicating the reversed movement direction as a watermark. The data is transferred to the movement history recording unit 23 together with the pattern position. For example, if the watermark pattern is located at the left end of the movement range in the image of interest, the watermark pattern has moved to the left to that image, so the watermark pattern position determination unit 21 sets the movement direction flag. The value is a value indicating the right direction. Then, the watermark pattern position determination unit 21 passes the position of the watermark pattern to the movement history recording unit 23 together with the movement direction flag indicating the right direction.

透かしパターン重畳部22は、透かしパターン位置決定部21から通知された透かしパターンの位置に基づいて、注目する画像のうち、透かしパターンと重なる領域を特定する。そして透かしパターン重畳部22は、透かしパターンと重なる領域に含まれる各画素の値を、透かしパターンに含まれる対応する画素の値で修正する。例えば、上記の図3(A)に示されるように、透かしパターンに含まれる各画素が'-2'の値を持つ場合、透かしパターン重畳部22は、透かしパターンと重なる領域に含まれる各画素の値から'2'減算する。   Based on the position of the watermark pattern notified from the watermark pattern position determining unit 21, the watermark pattern superimposing unit 22 identifies an area that overlaps the watermark pattern in the image of interest. The watermark pattern superimposing unit 22 corrects the value of each pixel included in the region overlapping the watermark pattern with the value of the corresponding pixel included in the watermark pattern. For example, as shown in FIG. 3A above, when each pixel included in the watermark pattern has a value of “−2”, the watermark pattern superimposing unit 22 sets each pixel included in the region overlapping the watermark pattern. Subtract '2' from the value of.

なお、透かしパターン重畳部22は、透かしパターンと基準領域とが重なる部分に含まれる画素についてのみ、その画素の値を透かしパターンに含まれる対応する画素の値で修正してもよい。
図6は、基準領域と透かしパターンの関係のさらに他の一例を示す図である。図6において、画像601〜604は、それぞれ、時刻t、(t+1)、(t+2)、(t+3)に対応する。各画像上の点線で囲まれた領域610は基準領域であり、ブロック611〜614は、透かしパターンと基準領域とが重なる部分を表す。この例では、シンボルの所定の値(例えば、'0')に対して、透かしパターンの移動範囲は、基準領域の左上コーナーと右下コーナーとを結ぶ直線に沿って設定され、透かしパターンは、その移動範囲内で時間の経過とともに周期的に移動する。この場合、シンボルの他の値に対して、透かしパターンは、基準領域の右上コーナーと左下コーナーとを結ぶ直線に沿って移動する。
画像601〜603では、透かしパターンと基準領域610とが重なる基準領域内の一部分611〜613に含まれる画素の値のみが透かしパターンに含まれる対応する画素の値に応じて修正される。また画像604では、基準領域全体が透かしパターンと重なっているので、基準領域に含まれる全ての画素が透かしパターンに含まれる対応する画素の値に応じて修正される。
このように、透かしパターンと基準領域とが重なる部分に含まれる画素の値のみを修正することで、電子透かし情報の埋め込みによって値が変わる画素の数が少なくなる。そのため、電子透かし埋め込み装置1は、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データの画質の低下を抑制できる。
Note that the watermark pattern superimposing unit 22 may correct the value of only the pixel included in the portion where the watermark pattern and the reference region overlap with the value of the corresponding pixel included in the watermark pattern.
FIG. 6 is a diagram illustrating still another example of the relationship between the reference region and the watermark pattern. In FIG. 6, images 601 to 604 correspond to times t, (t + 1), (t + 2), and (t + 3), respectively. A region 610 surrounded by a dotted line on each image is a reference region, and blocks 611 to 614 represent portions where the watermark pattern and the reference region overlap. In this example, the movement range of the watermark pattern is set along a straight line connecting the upper left corner and the lower right corner of the reference area with respect to a predetermined value of the symbol (for example, '0'). Within the moving range, it moves periodically as time passes. In this case, the watermark pattern moves along a straight line connecting the upper right corner and the lower left corner of the reference area with respect to other values of the symbol.
In the images 601 to 603, only the pixel values included in the portions 611 to 613 in the reference region where the watermark pattern and the reference region 610 overlap are corrected according to the corresponding pixel values included in the watermark pattern. In the image 604, since the entire reference area overlaps the watermark pattern, all the pixels included in the reference area are corrected according to the value of the corresponding pixel included in the watermark pattern.
As described above, by correcting only the value of the pixel included in the portion where the watermark pattern and the reference region overlap, the number of pixels whose value is changed by embedding the digital watermark information is reduced. Therefore, the digital watermark embedding apparatus 1 can suppress a decrease in image quality of moving image data in which digital watermark information is embedded.

移動履歴記録部23は、一画像分の透かしパターンの位置と移動方向フラグを記憶部12に記憶させる。そして移動履歴記録部23は、透かしパターン位置決定部21から透かしパターンの位置と移動方向フラグを受け取る度に、記憶部12に記憶されている透かしパターンの位置と移動方向フラグの値を、最新の透かしパターンの位置と移動方向フラグの値に更新する。
また移動履歴記録部23は、処理部13が有するメモリ回路に、透かしパターンの位置と移動方向フラグを記憶させてもよい。
なお、一つの画像に複数のシンボルが埋め込まれる場合、透かしパターン位置決定部21、透かしパターン重畳部22及び移動履歴記録部23は、各シンボルに対応する透かしパターンごとに上記の処理を実行する。
The movement history recording unit 23 stores the watermark pattern position and movement direction flag for one image in the storage unit 12. Each time the movement history recording unit 23 receives the watermark pattern position and the movement direction flag from the watermark pattern position determination unit 21, the movement history recording unit 23 sets the value of the watermark pattern position and the movement direction flag stored in the storage unit 12 to the latest value. The watermark pattern position and the moving direction flag value are updated.
Further, the movement history recording unit 23 may store the watermark pattern position and the movement direction flag in the memory circuit of the processing unit 13.
When a plurality of symbols are embedded in one image, the watermark pattern position determining unit 21, the watermark pattern superimposing unit 22, and the movement history recording unit 23 execute the above process for each watermark pattern corresponding to each symbol.

図7は、電子透かし埋め込み装置1の処理部13上で実行されるコンピュータプログラムにより制御される、電子透かし埋め込み処理の動作フローチャートである。処理部13は、電子透かし情報に含まれる一つのシンボルごとに、以下の電子透かし埋め込み処理を実行する。
処理部13は、インターフェース部11を通じて受け取った電子透かし情報に含まれるシンボルのうち、注目するシンボルを設定する(ステップS101)。そして処理部13の透かしパターン位置決定部21は、電子透かし情報に含まれる注目するシンボルの値に応じて、透かしパターンの移動周期における位相または移動方向を決定する(ステップS102)。透かしパターンの位置に応じて基準領域の平均画素値は変化するので、この透かしパターンの移動周期における位相は、基準領域の平均画素値の時間変動における位相に対応する。なお、透かしパターンの移動周期における位相は、例えば、透かしパターンが配置される初期位置により表される。例えば、ある基準領域では、透かしパターンの初期位置は、透かしパターンが基準領域を完全に覆う位置とし、別の基準領域では、透かしパターンの初期位置は透かしパターンが基準領域に重ならない位置とする。この結果、透かしパターンが移動するにつれ、それぞれの基準領域の平均画素の時間変化は、(暗→明→暗)、あるいは(明→暗→明)のようになる。そのため、図3(B)に示される平均画素値の時系列変化を表す三角波の位相が、透かしパターンの初期位置に応じてπ(rad)異なるようになる。
FIG. 7 is an operation flowchart of a digital watermark embedding process controlled by a computer program executed on the processing unit 13 of the digital watermark embedding apparatus 1. The processing unit 13 executes the following digital watermark embedding process for each symbol included in the digital watermark information.
The processing unit 13 sets a symbol of interest among symbols included in the digital watermark information received through the interface unit 11 (step S101). Then, the watermark pattern position determining unit 21 of the processing unit 13 determines the phase or moving direction in the moving period of the watermark pattern according to the value of the symbol of interest included in the digital watermark information (step S102). Since the average pixel value of the reference area changes according to the position of the watermark pattern, the phase of the watermark pattern in the movement period corresponds to the phase of temporal variation of the average pixel value of the reference area. Note that the phase in the movement cycle of the watermark pattern is represented by, for example, an initial position where the watermark pattern is arranged. For example, in a certain reference area, the initial position of the watermark pattern is a position where the watermark pattern completely covers the reference area, and in another reference area, the initial position of the watermark pattern is a position where the watermark pattern does not overlap the reference area. As a result, as the watermark pattern moves, the temporal change of the average pixel in each reference area becomes (dark → light → dark) or (bright → dark → light). Therefore, the phase of the triangular wave representing the time-series change of the average pixel value shown in FIG. 3B differs by π (rad) according to the initial position of the watermark pattern.

透かしパターン位置決定部21は、時間順に注目する画像を設定する(ステップS103)。そして透かしパターン位置決定部21は、一つ前の画像における透かしパターンの位置及び移動方向フラグと、予め設定された透かしパターンの移動量に基づいて、注目する画像における透かしパターンの位置を決定する(ステップS104)。なお、注目する画像が動画像データ中の最初の画像である場合、透かしパターン位置決定部21は、例えば、透かしパターンの移動範囲の何れか一端に透かしパターンを配置し、その一端から移動範囲の他端へ向かう方向を、注目する画像における移動方向とする。
透かしパターン位置決定部21は、注目する画像における透かしパターンの位置と移動方向フラグを処理部13の移動履歴記録部23へ渡し、移動履歴記録部23は、その透かしパターンの位置と移動方向フラグを記憶部12に記憶させる(ステップS105)。また透かしパターン位置決定部21は、透かしパターンの位置を処理部13の透かしパターン重畳部22へ通知する。
The watermark pattern position determination unit 21 sets an image of interest in time order (step S103). The watermark pattern position determination unit 21 determines the position of the watermark pattern in the image of interest based on the position and movement direction flag of the watermark pattern in the previous image and the movement amount of the watermark pattern set in advance ( Step S104). When the image of interest is the first image in the moving image data, the watermark pattern position determination unit 21 arranges a watermark pattern at one end of the movement range of the watermark pattern, for example, The direction toward the other end is the moving direction in the image of interest.
The watermark pattern position determination unit 21 passes the watermark pattern position and movement direction flag in the image of interest to the movement history recording unit 23 of the processing unit 13, and the movement history recording unit 23 receives the watermark pattern position and movement direction flag. It memorize | stores in the memory | storage part 12 (step S105). The watermark pattern position determination unit 21 notifies the watermark pattern superposition unit 22 of the processing unit 13 of the position of the watermark pattern.

透かしパターン重畳部22は、透かしパターン位置決定部21から通知された透かしパターンの位置に応じて、注目する画像上で透かしパターンと重なる領域を特定する(ステップS106)。そして透かしパターン重畳部22は、その透かしパターンと重なる領域に含まれる各画素の値を、透かしパターンに含まれる対応する画素の値に応じて修正する(ステップS107)。なお、透かしパターン重畳部22は、上記のように、透かしパターンと基準領域とが重なる部分に含まれる画素の値のみを透かしパターンに含まれる対応する画素の値に応じて修正してもよい。
その後、処理部13は、動画像データが終了したか否か判定する(ステップS108)。動画像データが終了していなければ(ステップS108−No)、処理部13は、ステップS103〜ステップS108の処理を繰り返す。
一方、動画像データが終了していれば(ステップS108−Yes)、処理部13は、電子透かし埋め込み処理を終了する。
The watermark pattern superimposing unit 22 identifies an area overlapping the watermark pattern on the image of interest according to the position of the watermark pattern notified from the watermark pattern position determining unit 21 (step S106). Then, the watermark pattern superimposing unit 22 corrects the value of each pixel included in the area overlapping the watermark pattern according to the value of the corresponding pixel included in the watermark pattern (step S107). Note that, as described above, the watermark pattern superimposing unit 22 may correct only the value of the pixel included in the portion where the watermark pattern and the reference region overlap according to the value of the corresponding pixel included in the watermark pattern.
Thereafter, the processing unit 13 determines whether or not the moving image data has been completed (step S108). If the moving image data has not been completed (No at Step S108), the processing unit 13 repeats the processes at Step S103 to Step S108.
On the other hand, if the moving image data has ended (step S108-Yes), the processing unit 13 ends the digital watermark embedding process.

以上に説明してきたように、この電子透かし埋め込み装置は、電子透かし情報に含まれる注目するシンボルの値に応じた位相または移動方向に応じて、透かしパターンを時間経過に応じて周期的に移動させる。そのため、この電子透かし埋め込み装置は、透かしパターンの位置が周期的に変わるので、電子透かし情報が埋め込まれることによるすりガラス効果を抑制できる。したがって、この電子透かし埋め込み装置は、電子透かし情報を埋め込むことによる画質の劣化を抑制できるとともに、視聴者が埋め込まれた電子透かしを視認することを困難にできる。
また電子透かし検出装置は、この電子透かし埋め込み装置により電子透かし情報が埋め込まれた動画像データから基準領域内の平均画素値が周期的に変動していることを検知するだけで、電子透かし情報が埋め込まれているか否か判定できる。そのため、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データがアナログキャプチャによって複製されても、その複製された動画像データの画像上に基準領域が写っている限り、電子透かし情報は消失しない。また、埋め込まれるシンボルの値に応じて、透かしパターンの位相または移動方向が決定される。そのため、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データにフレームレート変換などの加工が行われても、透かしパターンの位相または移動方向は変わらず、電子透かし検出装置は、埋め込まれた電子透かし情報を抽出できる。
As described above, this digital watermark embedding apparatus periodically moves a watermark pattern as time elapses according to a phase or a moving direction according to a value of a symbol of interest included in digital watermark information. . Therefore, this digital watermark embedding apparatus can suppress the frosted glass effect caused by embedding digital watermark information because the position of the watermark pattern changes periodically. Therefore, this digital watermark embedding apparatus can suppress degradation of image quality due to embedding digital watermark information and make it difficult for the viewer to visually recognize the embedded digital watermark.
Further, the digital watermark detection device can detect the digital watermark information only by detecting that the average pixel value in the reference region periodically varies from the moving image data in which the digital watermark information is embedded by the digital watermark embedding device. Whether it is embedded or not can be determined. Therefore, even if the moving image data in which the digital watermark information is embedded is duplicated by analog capture, the digital watermark information is not lost as long as the reference area is shown on the image of the duplicated moving image data. Further, the phase or moving direction of the watermark pattern is determined according to the value of the embedded symbol. Therefore, even if processing such as frame rate conversion is performed on moving image data in which digital watermark information is embedded, the phase or movement direction of the watermark pattern does not change, and the digital watermark detection device extracts the embedded digital watermark information. it can.

次に、第2の実施形態による電子透かし埋め込み装置について説明する。
第2の実施形態による電子透かし埋め込み装置は、第1の実施形態による電子透かし埋め込み装置と比較して、処理部が各画像をランダム変換した後に透かしパターンを重畳する点で異なる。そこで以下では、第1の実施形態による電子透かし埋め込み装置と異なる点についてのみ説明する。
Next, a digital watermark embedding device according to a second embodiment will be described.
The digital watermark embedding device according to the second embodiment is different from the digital watermark embedding device according to the first embodiment in that a watermark pattern is superimposed after the processing unit randomly converts each image. Therefore, only the differences from the digital watermark embedding apparatus according to the first embodiment will be described below.

図8は、第2の実施形態による、電子透かし情報を動画像データに埋め込むために実現される処理部の機能を示すブロック図である。図8において、処理部14が有する各部に対して、図2に示される、第1の実施形態による電子透かし埋め込み装置1の処理部13の対応する各部と同一の参照番号を付した。
処理部14は、ランダム変換部24と、透かしパターン位置決定部21と、透かしパターン重畳部22と、移動履歴記録部23と、逆ランダム変換部25とを有する。
FIG. 8 is a block diagram illustrating functions of a processing unit realized for embedding digital watermark information in moving image data according to the second embodiment. In FIG. 8, the same reference numerals as those of the corresponding parts of the processing unit 13 of the digital watermark embedding apparatus 1 according to the first embodiment shown in FIG.
The processing unit 14 includes a random converting unit 24, a watermark pattern position determining unit 21, a watermark pattern superimposing unit 22, a movement history recording unit 23, and an inverse random converting unit 25.

ランダム変換部24は、所定の変換規則に従って、動画像データに含まれる各画像の画素の配置を所定のブロック単位で入れ換える。ランダム変換部24は、まず、一つの画像を複数のブロックに分割し、各ブロックに固有の番号を設定する。例えば、ランダム変換部24は、画像を縦m個×横n個の合計(m×n)個のブロックに分割し、それぞれのブロックに1〜(m×n)の番号を付す。次に、ランダム変換部24は、暗号鍵を用いて各ブロックの位置を入れ替えるスクランブル処理を実行する。そのために、ランダム変換部24は、暗号鍵から変換前と変換後のブロックの位置関係を表す対応テーブルを作成する。例えば、変換後のブロックの番号がxで表され、変換前のブロックの番号がyで表されるとする。このとき、スクランブル処理に対応するブロックの変換式は次式で表される。
(1)式において、p及びqは、それぞれ、暗号鍵が表す素数である。
The random conversion unit 24 replaces the pixel arrangement of each image included in the moving image data in a predetermined block unit according to a predetermined conversion rule. The random conversion unit 24 first divides one image into a plurality of blocks, and sets a unique number for each block. For example, the random conversion unit 24 divides the image into m (vertical) × n (horizontal) total (m × n) blocks, and assigns numbers 1 to (m × n) to each block. Next, the random conversion unit 24 executes a scramble process for exchanging the position of each block using the encryption key. For this purpose, the random conversion unit 24 creates a correspondence table that represents the positional relationship between the blocks before and after conversion from the encryption key. For example, assume that the number of the block after conversion is represented by x and the number of the block before conversion is represented by y. At this time, the block conversion formula corresponding to the scramble processing is expressed by the following formula.
In equation (1), p and q are prime numbers represented by the encryption key.

図9に、原画像を縦3個×横4個のブロックに分割し、p=7、q=13としたときの、原画像上の各ブロックの位置と、スクランブル処理後の画像における各ブロックの位置との関係を示す。
図9において、画像901は原画像であり、画像902は、原画像901に対してスクランブル処理が施されたランダム変換画像である。また原画像901及びランダム変換画像902の各ブロック内に示された番号は、原画像におけるブロックの番号を表す。例えば、(1)式より、xが1のとき、対応するyの値は7となる。したがって、ランダム変換部24は、変換前のブロック番号yが7であるブロックを、スクランブル処理により、変換後のブロック番号xが1であるブロックの位置へ移動する。
以下では、スクランブル処理によって画素の位置を他の位置へ移動させる単位であるこのブロックを、スクランブルブロックと呼ぶ。
FIG. 9 shows the position of each block on the original image and the blocks in the scrambled image when the original image is divided into 3 vertical blocks × 4 horizontal blocks and p = 7 and q = 13. The relationship with the position of.
In FIG. 9, an image 901 is an original image, and an image 902 is a random converted image obtained by performing a scramble process on the original image 901. The numbers shown in the blocks of the original image 901 and the random transformed image 902 represent the block numbers in the original image. For example, from the equation (1), when x is 1, the corresponding value of y is 7. Therefore, the random conversion unit 24 moves the block with the block number y before conversion to the position of the block with the block number x after conversion of 1 by scramble processing.
Hereinafter, this block, which is a unit for moving the pixel position to another position by scramble processing, is referred to as a scramble block.

ランダム変換部24は、ランダム変換画像を透かしパターン重畳部22へ渡す。
透かしパターン重畳部22は、ランダム変換画像上の透かしパターン位置決定部21により決定された位置に透かしパターンを重畳する。その際、透かしパターン位置決定部21は、第1の実施形態と同様に、動画像データに埋め込むシンボルの値に応じて、透かしパターンの位相または移動方向と移動範囲とを設定する。なお、この実施形態において、基準領域は、ランダム変換画像上に設定される。したがって、動画像データに埋め込まれた電子透かし情報を検出するためには、電子透かし検出装置は、ランダム変換画像上で、基準領域内の平均画素値の時間変動を調べればよい。
透かしパターン重畳部22は、ランダム変換され、かつ透かしパターンが重畳された画像を、逆ランダム変換部25へ渡す。
The random conversion unit 24 passes the random conversion image to the watermark pattern superimposing unit 22.
The watermark pattern superimposing unit 22 superimposes the watermark pattern at the position determined by the watermark pattern position determining unit 21 on the randomly converted image. At that time, as in the first embodiment, the watermark pattern position determination unit 21 sets the phase or movement direction and movement range of the watermark pattern according to the value of the symbol embedded in the moving image data. In this embodiment, the reference area is set on the random conversion image. Therefore, in order to detect the digital watermark information embedded in the moving image data, the digital watermark detection device only needs to examine the temporal variation of the average pixel value in the reference region on the randomly converted image.
The watermark pattern superimposing unit 22 passes the image subjected to the random conversion and the watermark pattern superimposed thereon to the inverse random conversion unit 25.

逆ランダム変換部25は、透かしパターンが重畳された各ランダム変換画像に対して、逆ランダム変換処理を実行することにより、電子透かし情報が埋め込まれた画像を再生する。具体的には、逆ランダム変換部25は、透かしパターンが重畳された各画像に対して、ランダム変換部24により実行されたスクランブル処理の逆変換処理である逆スクランブル処理を実行する。逆ランダム変換部25は、スクランブル処理を実行したときの暗号鍵及びブロック位置を変換する(1)式を用いて、スクランブル処理実行後のスクランブルブロックの位置がxとなる、暗号画像内のスクランブルブロックの元の位置yを決定できる。そして逆ランダム変換部25は、透かしパターンが重畳された各画像内の各スクランブルブロックを、得られた元のスクランブルブロックの位置へ移動させることにより、画像を再生できる。   The inverse random conversion unit 25 reproduces an image in which the digital watermark information is embedded by executing an inverse random conversion process on each random converted image on which the watermark pattern is superimposed. Specifically, the inverse random conversion unit 25 performs an inverse scramble process, which is an inverse conversion process of the scramble process executed by the random conversion unit 24, on each image on which the watermark pattern is superimposed. The inverse random conversion unit 25 converts the encryption key and the block position when the scramble process is executed, and uses the equation (1) to scramble the block in the encrypted image where the position of the scramble block after the scramble process is x The original position y of can be determined. Then, the inverse random conversion unit 25 can reproduce the image by moving each scramble block in each image on which the watermark pattern is superimposed to the position of the obtained original scramble block.

スクランブルブロックのサイズは、透かしパターンのサイズよりも小さいことが好ましい。このようにスクランブルブロックを設定することで、透かしパターンがスクランブルブロック単位の複数のサブブロックに分割され、各サブブロックが画像中に拡散する。そのため、視聴者は、電子透かし情報が埋め込まれていることを認識することがより困難となる。また、透かしパターンの位置が変わると、透かしパターンの一部は、透かしパターンの移動の前後で異なるスクランブルブロックと重なることになる。そして各スクランブルブロックは、逆ランダム変換により、例えば上記の(1)式に従って様々に異なる位置へ移動する。そのため、時間的に連続する、透かしパターンが重畳された複数の画像が逆ランダム変換されると、透かしパターンに含まれる個々のサブブロックは、その逆ランダム変換された画像上で、時間経過とともに一見して不規則に移動するようになる。
また、透かしパターン重畳部22は、第1の実施形態の変形例のように、透かしパターンと基準領域とが重なる部分に含まれるサブブロック内の画素の値のみ、透かしパターンの対応する画素に応じて修正してもよい。この場合、時間経過に応じて、逆ランダム変換された画像上でのサブブロックの数も変動する。
その結果、この電子透かしパターン埋め込み装置は、電子透かしパターンが埋め込まれた動画像データにおいてすりガラス効果が発生することをよりよく抑えることができる。
The size of the scramble block is preferably smaller than the size of the watermark pattern. By setting the scramble block in this way, the watermark pattern is divided into a plurality of sub-blocks in units of scramble blocks, and each sub-block is diffused in the image. Therefore, it becomes more difficult for the viewer to recognize that the digital watermark information is embedded. When the position of the watermark pattern changes, a part of the watermark pattern overlaps with different scramble blocks before and after the movement of the watermark pattern. Each scramble block is moved to various different positions by inverse random transformation, for example, according to the above equation (1). Therefore, when multiple images that are temporally continuous and have a watermark pattern superimposed thereon are subjected to inverse random transformation, individual sub-blocks included in the watermark pattern appear on the inverse random transformed image as time passes. And move irregularly.
Further, as in the modification of the first embodiment, the watermark pattern superimposing unit 22 performs only the pixel values in the sub-blocks included in the portion where the watermark pattern and the reference area overlap, according to the corresponding pixels of the watermark pattern. May be corrected. In this case, as the time elapses, the number of sub-blocks on the image subjected to inverse random transformation also varies.
As a result, this digital watermark pattern embedding device can better suppress the occurrence of a ground glass effect in moving image data in which the digital watermark pattern is embedded.

図10は、透かしパターンのサイズとスクランブルブロックのサイズの関係の一例を示す図である。この例では、透かしパターン1000は、水平方向及び垂直方向にそれぞれ4画素のサイズを持つ。一方、スクランブルブロックは、水平方向及び垂直方向にそれぞれ2画素のサイズを持つ。したがって、透かしパターン1000には、4個のスクランブルブロック1001〜1004が含まれる。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the relationship between the watermark pattern size and the scramble block size. In this example, the watermark pattern 1000 has a size of 4 pixels in each of the horizontal direction and the vertical direction. On the other hand, the scramble block has a size of 2 pixels in each of the horizontal direction and the vertical direction. Therefore, the watermark pattern 1000 includes four scramble blocks 1001 to 1004.

図11(A)は、透かしパターンが埋め込まれたランダム変換画像の一例を示し、図11(B)は、図11(A)に示された画像を逆ランダム変換した画像を示す。
図11(A)に示されたランダム変換画像1100には、一つの透かしパターン1101が重畳されている。また透かしパターンの水平方向及び垂直方向の長さは、それぞれ、スクランブルブロックの水平方向及び垂直方向の長さの4倍である。すなわち、一つの透かしパターンに対して16個のスクランブルブロックが含まれている。そのため、図11(B)に示されるように、逆ランダム変換された画像1110では、透かしパターン1101は、16個のサブブロック1111a〜1111pに分割される。そしてサブブロック1111a〜1111pは、画像1110全体に拡散する。そのため、視聴者が透かしパターンを視認することは非常に困難である。
FIG. 11A shows an example of a random conversion image in which a watermark pattern is embedded, and FIG. 11B shows an image obtained by inverse random conversion of the image shown in FIG.
One watermark pattern 1101 is superimposed on the random converted image 1100 shown in FIG. Also, the horizontal and vertical lengths of the watermark pattern are four times the horizontal and vertical lengths of the scramble block, respectively. That is, 16 scramble blocks are included for one watermark pattern. Therefore, as shown in FIG. 11B, in the image 1110 subjected to inverse random transformation, the watermark pattern 1101 is divided into 16 sub-blocks 1111a to 1111p. Then, the sub blocks 1111a to 1111p are spread over the entire image 1110. For this reason, it is very difficult for the viewer to visually recognize the watermark pattern.

図12は、電子透かし埋め込み装置の処理部14上で実行されるコンピュータプログラムにより制御される、電子透かし埋め込み処理の動作フローチャートである。処理部14は、電子透かし情報に含まれる一つのシンボルごとに、以下の電子透かし埋め込み処理を実行する。
処理部14は、インターフェース部11を通じて受け取った電子透かし情報に含まれるシンボルのうち、注目するシンボルを設定する(ステップS201)。そして処理部14のランダム変換部24は、電子透かし情報を埋め込む動画像データに含まれる各画像をランダム変換する(ステップS202)。ランダム変換部24は、ランダム変換した各画像を処理部14の透かしパターン重畳部22へ渡す。
FIG. 12 is an operation flowchart of a digital watermark embedding process controlled by a computer program executed on the processing unit 14 of the digital watermark embedding apparatus. The processing unit 14 executes the following digital watermark embedding process for each symbol included in the digital watermark information.
The processing unit 14 sets a symbol of interest among symbols included in the digital watermark information received through the interface unit 11 (step S201). Then, the random conversion unit 24 of the processing unit 14 randomly converts each image included in the moving image data in which the digital watermark information is embedded (step S202). The random conversion unit 24 passes each randomly converted image to the watermark pattern superimposing unit 22 of the processing unit 14.

また、処理部14の透かしパターン位置決定部21は、電子透かし情報に含まれる注目するシンボルの値に応じて、透かしパターンの位相または移動方向と移動範囲とを決定する(ステップS203)。
透かしパターン位置決定部21は、複数のランダム変換画像のうち、時間順に注目する画像を設定する(ステップS204)。そして透かしパターン位置決定部21は、一つ前の画像における透かしパターンの位置及び移動方向フラグと、予め設定された透かしパターンの移動量に基づいて、注目する画像における透かしパターンの位置を決定する(ステップS205)。
透かしパターン位置決定部21は、注目する画像における透かしパターンの位置と移動方向フラグを処理部14の移動履歴記録部23へ渡し、移動履歴記録部23は、透かしパターンの位置と移動方向フラグを記憶部12に記憶させる(ステップS206)。また透かしパターン位置決定部21は、透かしパターンの位置を処理部14の透かしパターン重畳部22へ通知する。
Further, the watermark pattern position determination unit 21 of the processing unit 14 determines the phase or movement direction and movement range of the watermark pattern according to the value of the symbol of interest included in the digital watermark information (step S203).
The watermark pattern position determination unit 21 sets an image to be noticed in time order among the plurality of random conversion images (step S204). The watermark pattern position determination unit 21 determines the position of the watermark pattern in the image of interest based on the position and movement direction flag of the watermark pattern in the previous image and the movement amount of the watermark pattern set in advance ( Step S205).
The watermark pattern position determination unit 21 passes the watermark pattern position and movement direction flag in the image of interest to the movement history recording unit 23 of the processing unit 14, and the movement history recording unit 23 stores the watermark pattern position and movement direction flag. The data is stored in the unit 12 (step S206). The watermark pattern position determination unit 21 notifies the watermark pattern superposition unit 22 of the processing unit 14 of the position of the watermark pattern.

透かしパターン重畳部22は、透かしパターン位置決定部21から通知された透かしパターンの位置に応じて、注目するランダム変換画像上で透かしパターンと重なる領域を特定する(ステップS207)。そして透かしパターン重畳部22は、その透かしパターンと重なる領域に含まれる各画素の値を、透かしパターンに含まれる対応する画素の値に応じて修正する(ステップS208)。この実施形態においても、透かしパターン重畳部22は、透かしパターンと基準領域とが重なる部分に含まれる画素の値のみを透かしパターンに含まれる対応する画素の値に応じて修正してもよい。透かしパターン重畳部22は、透かしパターンが重畳された画像を処理部14の逆ランダム変換部25へ渡す。
逆ランダム変換部25は、透かしパターンが重畳された画像を逆ランダム変換する(ステップS209)。
The watermark pattern superimposing unit 22 identifies an area overlapping with the watermark pattern on the random converted image of interest according to the position of the watermark pattern notified from the watermark pattern position determining unit 21 (step S207). Then, the watermark pattern superimposing unit 22 corrects the value of each pixel included in the area overlapping the watermark pattern according to the value of the corresponding pixel included in the watermark pattern (step S208). Also in this embodiment, the watermark pattern superimposing unit 22 may correct only the value of the pixel included in the portion where the watermark pattern and the reference region overlap according to the value of the corresponding pixel included in the watermark pattern. The watermark pattern superimposing unit 22 passes the image on which the watermark pattern is superimposed to the inverse random conversion unit 25 of the processing unit 14.
The inverse random conversion unit 25 performs inverse random conversion on the image on which the watermark pattern is superimposed (step S209).

その後、処理部14は、動画像データが終了したか否か判定する(ステップS210)。動画像データが終了していなければ(ステップS210−No)、処理部14は、ステップS204〜ステップS210の処理を繰り返す。
一方、動画像データが終了していれば(ステップS210−Yes)、処理部14は、電子透かし埋め込み処理を終了する。
Thereafter, the processing unit 14 determines whether or not the moving image data has been completed (step S210). If the moving image data has not ended (step S210-No), the processing unit 14 repeats the processing of step S204 to step S210.
On the other hand, if the moving image data has ended (step S210-Yes), the processing unit 14 ends the digital watermark embedding process.

以上に説明してきたように、第2の実施形態による電子透かし埋め込み装置は、元の画像をランダム変換した後に透かしパターンを重畳し、透かしパターンが重畳された画像を逆ランダム変換する。そのため、この電子透かし埋め込み装置は、透かしパターンの位置が時間経過とともに画像上で不規則に変わるので、電子透かし情報が埋め込まれることによるすりガラス効果を抑制できる。そのため、この電子透かし埋め込み装置は、電子透かし情報を埋め込むことによる画質の劣化を抑制できるとともに、視聴者が埋め込まれた電子透かしを視認することを困難にできる。   As described above, the digital watermark embedding apparatus according to the second embodiment performs random conversion on the original image, superimposes the watermark pattern, and performs inverse random conversion on the image on which the watermark pattern is superimposed. Therefore, this digital watermark embedding device can suppress the frosted glass effect caused by embedding the digital watermark information because the position of the watermark pattern changes irregularly on the image with time. Therefore, this digital watermark embedding device can suppress degradation of image quality due to embedding digital watermark information and make it difficult for the viewer to visually recognize the embedded digital watermark.

なお、第2の実施形態による電子透かし埋め込み装置の処理部における逆ランダム変換部は、透かしパターンに含まれる各サブブロックのみを逆ランダム変換してもよい。この場合、処理部の透かしパターン重畳部は、ランダム変換されていない元の画像上で逆ランダム変換された透かしパターンに含まれる各サブブロックと重なる領域を特定する。そして透かしパターン重畳部は、その特定された領域内の各画素の値を、対応するサブブロックの画素の値で修正してもよい。これにより、第2の実施形態による電子透かし埋め込み装置は、画像をランダム変換しなくてもよいので、処理部はランダム変換部の機能を省略でき、かつ、電子透かし情報を埋め込む際の演算量を削減することができる。   Note that the inverse random conversion unit in the processing unit of the digital watermark embedding device according to the second embodiment may perform inverse random conversion only on each sub-block included in the watermark pattern. In this case, the watermark pattern superimposing unit of the processing unit specifies an area that overlaps each sub-block included in the watermark pattern subjected to inverse random conversion on the original image not subjected to random conversion. Then, the watermark pattern superimposing unit may correct the value of each pixel in the specified area with the value of the pixel of the corresponding sub-block. As a result, the digital watermark embedding device according to the second embodiment does not need to perform random conversion of the image, so that the processing unit can omit the function of the random conversion unit and can reduce the amount of calculation when embedding the digital watermark information. Can be reduced.

さらに、第2の実施形態による電子透かし埋め込み装置は、動画像データに埋め込まれるシンボルの値に応じて、暗号鍵を異ならせてもよい。この場合、透かしパターン位置決定部は、埋め込む値に応じて暗号鍵を生成し、その暗号鍵をランダム変換部及び逆ランダム変換部へ通知する。そしてランダム変換部は、透かしパターン位置決定部から受け取った暗号鍵を用いて、スクランブル処理を実行する。また逆ランダム変換部は、透かしパターン位置決定部から受け取った暗号鍵を用いて、逆スクランブル処理を実行する。
これにより、電子透かし検出装置は、埋め込まれたシンボルが取り得る値のそれぞれに対応する暗号鍵を用いて、各画像に対してそれぞれスクランブル処理を実行する。この場合、電子透かし検出装置は、スクランブル処理が実行された画像のうち、所定形状の透かしパターンが復元できた方に対して用いた暗号鍵と関連付けられた値が埋め込まれていると判定する。
Furthermore, the digital watermark embedding apparatus according to the second embodiment may vary the encryption key according to the value of the symbol embedded in the moving image data. In this case, the watermark pattern position determining unit generates an encryption key according to the value to be embedded, and notifies the random conversion unit and the inverse random conversion unit of the encryption key. The random conversion unit executes the scramble process using the encryption key received from the watermark pattern position determination unit. In addition, the inverse random conversion unit performs the descrambling process using the encryption key received from the watermark pattern position determination unit.
As a result, the digital watermark detection apparatus executes scramble processing for each image using the encryption keys corresponding to the values that can be taken by the embedded symbols. In this case, the digital watermark detection apparatus determines that the value associated with the encryption key used for the one where the watermark pattern having a predetermined shape has been restored from the scrambled image is embedded.

次に、第3の実施形態による電子透かし埋め込み装置について説明する。第3の実施形態による電子透かし埋め込み装置は、第2の実施形態による電子透かし埋め込み装置と比較して、処理部が動画像データに含まれる各画像をランダム変換する代わりに直交変換し、透かしパターンが埋め込まれた画像を逆直交変換する点で異なる。そこで以下では、第2の実施形態による電子透かし埋め込み装置と異なる点についてのみ説明する。   Next, a digital watermark embedding device according to a third embodiment will be described. In the digital watermark embedding device according to the third embodiment, compared with the digital watermark embedding device according to the second embodiment, the processing unit orthogonally transforms each image included in the moving image data instead of randomly transforming the watermark pattern. Is different in that the image in which is embedded is subjected to inverse orthogonal transform. Therefore, only the differences from the digital watermark embedding apparatus according to the second embodiment will be described below.

図13は、第3の実施形態による、電子透かし情報を動画像データに埋め込むために実現される処理部の機能を示すブロック図である。図13において、処理部15が有する各部に対して、図2に示される、第1の実施形態による電子透かし埋め込み装置1の処理部15の対応する各部と同一の参照番号を付した。
処理部15は、直交変換部26と、透かしパターン位置決定部21と、透かしパターン重畳部22と、移動履歴記録部23と、逆直交変換部27とを有する。
FIG. 13 is a block diagram illustrating functions of a processing unit realized for embedding digital watermark information in moving image data according to the third embodiment. In FIG. 13, the same reference numerals as those of the corresponding units of the processing unit 15 of the digital watermark embedding apparatus 1 according to the first embodiment shown in FIG.
The processing unit 15 includes an orthogonal transform unit 26, a watermark pattern position determining unit 21, a watermark pattern superimposing unit 22, a movement history recording unit 23, and an inverse orthogonal transform unit 27.

直交変換部26は、各画像を直交変換する。この直交変換は、例えば、フーリエ変換、離散コサイン変換、アダマール変換あるいはウェーブレット変換とすることができる。
直交変換部26は、直交変換画像を透かしパターン重畳部22へ渡す。
透かしパターン重畳部22は、直交変換画像上の透かしパターン位置決定部21により決定された位置に透かしパターンを重畳する。その際、透かしパターン位置決定部21は、第1及び第2の実施形態と同様に、動画像データに埋め込むシンボルの値に応じて、透かしパターンの位相または移動方向と移動範囲とを決定する。なお、この実施形態において、基準領域は、直交変換された画像上に設定される。したがって、動画像データに埋め込まれた電子透かし情報を抽出するためには、電子透かし検出装置は、直交変換画像上で、基準領域内の平均画素値の時間変動を調べればよい。
透かしパターン重畳部22は、直交変換され、かつ透かしパターンが重畳された画像を、逆直交変換部27へ渡す。
The orthogonal transform unit 26 performs orthogonal transform on each image. This orthogonal transform can be, for example, Fourier transform, discrete cosine transform, Hadamard transform, or wavelet transform.
The orthogonal transform unit 26 passes the orthogonal transform image to the watermark pattern superimposing unit 22.
The watermark pattern superimposing unit 22 superimposes the watermark pattern at the position determined by the watermark pattern position determining unit 21 on the orthogonal transformation image. At that time, as in the first and second embodiments, the watermark pattern position determining unit 21 determines the phase or moving direction and moving range of the watermark pattern according to the value of the symbol embedded in the moving image data. In this embodiment, the reference area is set on an orthogonally transformed image. Therefore, in order to extract the digital watermark information embedded in the moving image data, the digital watermark detection device only needs to examine the temporal variation of the average pixel value in the reference region on the orthogonal transform image.
The watermark pattern superimposing unit 22 passes the image on which the orthogonal transformation has been performed and the watermark pattern is superimposed to the inverse orthogonal transform unit 27.

逆直交変換部27は、透かしパターンが重畳された各画像を逆直交変換することにより、電子透かし情報が埋め込まれた画像を再生する。具体的には、逆直交変換部27は、透かしパターンが重畳された各画像に対して、直交変換部26により実行された直交変換の逆変換を実行する。   The inverse orthogonal transform unit 27 reproduces an image in which digital watermark information is embedded by performing inverse orthogonal transform on each image on which the watermark pattern is superimposed. Specifically, the inverse orthogonal transform unit 27 performs the inverse transform of the orthogonal transform performed by the orthogonal transform unit 26 on each image on which the watermark pattern is superimposed.

第3の実施形態による電子透かし埋め込み装置3による電子透かし埋め込み処理の動作フローは、図12に示された第2の実施形態による電子透かし埋め込み処理の動作フローと比較して、ステップS202とステップS210の処理のみが異なる。具体的には、ステップS202において、直交変換部26が各画像を直交変換し、ステップS210において、逆直交変換部27が透かしパターンが埋め込まれた画像を逆直交変換する。   The operation flow of the digital watermark embedding process by the digital watermark embedding apparatus 3 according to the third embodiment is compared with the operation flow of the digital watermark embedding process according to the second embodiment shown in FIG. Only the processing is different. Specifically, in step S202, the orthogonal transform unit 26 performs orthogonal transform on each image, and in step S210, the inverse orthogonal transform unit 27 performs inverse orthogonal transform on the image in which the watermark pattern is embedded.

以上に説明してきたように、第3の実施形態による電子透かし埋め込み装置は、元の画像を直交変換した後に透かしパターンを重畳し、透かしパターンが重畳された画像を逆直交変換する。そのため、この電子透かし埋め込み装置により電子透かし情報が埋め込まれ、逆直交変換された画像では、透かしパターンが埋め込まれた位置に相当する周波数成分が元の画像の対応する周波数成分と異なるだけである。そのため、この電子透かし埋め込み装置は、電子透かし情報を埋め込むことによる画質の劣化を抑制できるとともに、視聴者が埋め込まれた電子透かしを視認することを困難にできる。   As described above, the digital watermark embedding apparatus according to the third embodiment performs orthogonal transform on the original image, superimposes the watermark pattern, and performs inverse orthogonal transform on the image on which the watermark pattern is superimposed. Therefore, in an image in which digital watermark information is embedded by this digital watermark embedding device and subjected to inverse orthogonal transformation, the frequency component corresponding to the position where the watermark pattern is embedded is only different from the corresponding frequency component of the original image. Therefore, this digital watermark embedding device can suppress degradation of image quality due to embedding digital watermark information and make it difficult for the viewer to visually recognize the embedded digital watermark.

また上記の各実施形態において、透かしパターンの各画素の値は、画素の値に対して乗じる係数であってもよい。この場合、透かしパターン重畳部は、透かしパターンと基準領域とが重なった領域に含まれる各画素の値に対して、透かしパターンの対応する画素の値を乗じることにより、透かしパターンを重畳する。
また、基準領域内の平均画素値の時間変動が正弦波状になるように、透かしパターン位置決定部は透かしパターンの位置を決定し、あるいは透かしパターン重畳部は透かしパターンの各画素の値を透かしパターンが重畳される画像ごとに変えてもよい。
さらに、基準領域の形状は、正方形に限られず、例えば、円形、正三角形あるいは長方形であってもよい。
さらに他の変形例によれば、上記の各実施形態において、電子透かし埋め込み装置は、埋め込むシンボルの値に応じて、透かしパターンの移動方向と位相の両方を異ならせてもよい。
In each of the above embodiments, the value of each pixel of the watermark pattern may be a coefficient that multiplies the pixel value. In this case, the watermark pattern superimposing unit superimposes the watermark pattern by multiplying the value of each pixel included in the area where the watermark pattern and the reference area overlap with the value of the corresponding pixel of the watermark pattern.
In addition, the watermark pattern position determining unit determines the position of the watermark pattern so that the temporal variation of the average pixel value in the reference area becomes a sine wave, or the watermark pattern superimposing unit determines the value of each pixel of the watermark pattern as the watermark pattern. May be changed for each image to be superimposed.
Furthermore, the shape of the reference region is not limited to a square, and may be, for example, a circle, a regular triangle, or a rectangle.
According to still another modification, in each of the above embodiments, the digital watermark embedding apparatus may change both the moving direction and the phase of the watermark pattern according to the value of the embedded symbol.

さらに他の変形例によれば、一つのシンボルが取り得る値は3通り以上であってもよい。この場合、例えば、透かしパターンの移動方向の種類も、一つのシンボルが取り得る値の種類だけ用意される。例えば、一つのシンボルが'0'、'1'、'2'、'3'の4通りの値を取り得る場合、透かしパターン位置決定部は、'0'〜'3'のそれぞれに対して、透かしパターンの移動方向として、水平方向、垂直方向、左上−右下方向、及び右上−左下方向を設定する。
また、透かしパターン位置決定部は、基準領域内の平均画素値が単調増加または単調減少するように、その動画像データ中の各画像に対する透かしパターンの位置を決定してもよい。この場合、例えば、透かしパターンは、動画像データの開始時点で基準領域と完全に重なるように配置され、時間経過とともに、一方向(例えば、上から下、または左から右)へ移動する。
According to still another modification, a single symbol may take three or more values. In this case, for example, only types of values that can be taken by one symbol are prepared as the types of movement directions of the watermark pattern. For example, when one symbol can take four values of '0', '1', '2', and '3', the watermark pattern position determination unit performs each of '0' to '3' As the movement direction of the watermark pattern, a horizontal direction, a vertical direction, an upper left-lower right direction, and an upper right-lower left direction are set.
The watermark pattern position determination unit may determine the position of the watermark pattern for each image in the moving image data so that the average pixel value in the reference area monotonously increases or decreases monotonously. In this case, for example, the watermark pattern is arranged so as to completely overlap the reference region at the start of the moving image data, and moves in one direction (for example, from top to bottom or from left to right) as time passes.

他の変形例では、電子透かし埋め込み装置の処理部は、各シンボルがビットであり、電子透かし情報がビット列で表される場合、そのビット列を誤り訂正符号又は誤り検出符号を用いて誤り訂正符号化してもよい。そして処理部は、その誤り訂正符号化されたシンボルのパターンを、動画像データに埋め込んでもよい。例えば、処理部は、誤り訂正符号の一例として、巡回冗長検査(Cyclic redundancy check、CRC)符号を用いてもよい。この場合、処理部は、電子透かし情報に含まれるビット列を、CRC符号に変換し、そのCRC符号を動画像データに埋め込んでもよい。この場合、埋め込まれたシンボルの値に応じて、基準領域内の平均画素値の変動状態が異なっていればよい。一つの画像にCRC符号化された複数のシンボルが埋め込まれる場合、電子透かし検出装置は、各シンボルに対応する基準領域の平均画素値の周期的時間変動の位相とシンボルの値との関係を知らなくても、埋め込まれたシンボルの値を求めることができる。同様に、電子透かし検出装置は、各シンボルに対応する透かしパターンの移動方向とシンボルの値との関係を知らなくても、埋め込まれたシンボルの値を求めることができる。電子透かし検出装置は、動画像データから抽出したビット列を、CRC符号を生成する際に用いた生成多項式で除したときの余りが'0'となる値が埋め込まれていると判定する。
例えば、生成多項式である除数が'1011'であり、電子透かし情報にビット列'1110011'が含まれていると、そのビット列に対応するCRC符号は'1110011010'となる。
この場合、電子透かし検出装置は、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データから、各透かしパターンの移動方向または各基準領域の平均画素値の周期的な時間変動についての位相を求める。そして電子透かし検出装置は、異なる移動方向または位相に対して異なるシンボルの値を割り当てることで、二つのビット列'1110011010'及び'0001100101'を求める。そして電子透かし検出装置は、動画像データから抽出したビット列が'1110011010'か、'0001100101'かを判定するために、この二つのビット列をそれぞれ除数'1011'で除算する。そして電子透かし検出装置は、剰余が'0'になる'1110011010'が埋め込まれたビット列であると判定することができ、そのビット列からチェック用のビット列'010'を除くことで、埋め込まれたビット列を求めることができる。
In another modification, when each symbol is a bit and the digital watermark information is represented by a bit string, the processing unit of the digital watermark embedding apparatus performs error correction coding on the bit string using an error correction code or an error detection code. May be. The processing unit may embed the error correction encoded symbol pattern in the moving image data. For example, the processing unit may use a cyclic redundancy check (CRC) code as an example of an error correction code. In this case, the processing unit may convert the bit string included in the digital watermark information into a CRC code and embed the CRC code in the moving image data. In this case, the variation state of the average pixel value in the reference region may be different depending on the value of the embedded symbol. When a plurality of CRC-encoded symbols are embedded in one image, the digital watermark detection apparatus knows the relationship between the phase of the periodic time variation of the average pixel value of the reference region corresponding to each symbol and the symbol value. Even without it, the value of the embedded symbol can be obtained. Similarly, the digital watermark detection apparatus can obtain the value of the embedded symbol without knowing the relationship between the movement direction of the watermark pattern corresponding to each symbol and the value of the symbol. The digital watermark detection apparatus determines that a value having a remainder of “0” when a bit string extracted from moving image data is divided by a generator polynomial used when generating a CRC code is embedded.
For example, when the divisor that is a generator polynomial is “1011” and the digital watermark information includes the bit string “1110011”, the CRC code corresponding to the bit string is “1110011010”.
In this case, the digital watermark detection apparatus obtains the phase of the movement direction of each watermark pattern or the periodic time variation of the average pixel value of each reference area from the moving image data in which the digital watermark information is embedded. The digital watermark detection apparatus obtains two bit strings “1110011010” and “0001100101” by assigning different symbol values to different movement directions or phases. The digital watermark detection apparatus divides the two bit strings by the divisor “1011” in order to determine whether the bit string extracted from the moving image data is “1110011010” or “0001100101”. Then, the digital watermark detection apparatus can determine that the bit string embedded with '1110011010' with a remainder of '0' is embedded, and by removing the check bit string '010' from the bit string, the embedded bit string Can be requested.

さらに他の変形例によれば、電子透かし埋め込み装置は、画像に埋め込まれるシンボルの値に対応する基準領域内の平均画素値の周期的な時間変動の位相を表すために、複数の基準領域を各画像上に設定し、そのうちの一つの基準領域を特定基準領域としてもよい。そして処理部の透かしパターン位置決定部は、特定基準領域に対しては、その特定基準領域を含む移動範囲内を常に一定の周期で透かしパターンが移動するように透かしパターンの位置を決定する。なお、特定基準領域に対して設定される透かしパターンを、以下では基準パターンと呼ぶ。
そして透かしパターン位置決定部は、埋め込まれるシンボルが割り当てられる他の基準領域についての透かしパターンも、基準パターンと同一の周期で移動するように、その透かしパターンの位置を決定する。また透かしパターン位置決定部は、透かしパターンと基準パターン間の位相差、すなわち、基準領域の平均画素値の時間変動と特定基準領域の平均画素値の時間変動間の位相差を、埋め込まれるシンボルの値に応じて決定する。この場合、特定基準領域の平均画素値の時間変動の位相と位相差によって、各基準領域の時間変動における位相が表される。
According to still another modification, the digital watermark embedding device includes a plurality of reference regions in order to represent the phase of the periodic temporal variation of the average pixel value in the reference region corresponding to the value of the symbol embedded in the image. It may be set on each image, and one of the reference areas may be set as the specific reference area. Then, the watermark pattern position determination unit of the processing unit determines the position of the watermark pattern so that the watermark pattern always moves within a moving range including the specific reference region at a constant cycle. The watermark pattern set for the specific reference area is hereinafter referred to as a reference pattern.
The watermark pattern position determination unit determines the position of the watermark pattern so that the watermark pattern for the other reference area to which the embedded symbol is assigned also moves in the same cycle as the reference pattern. The watermark pattern position determination unit also calculates the phase difference between the watermark pattern and the reference pattern, that is, the phase difference between the time variation of the average pixel value of the reference region and the time variation of the average pixel value of the specific reference region. Decide according to the value. In this case, the phase in the time variation of each reference region is represented by the phase and phase difference of the average pixel value in the specific reference region.

図14(A)は、特定基準領域を含む複数の基準領域が設定された画像の一例を示す図であり、図14(B)は、図14(A)に示された画像について設定された各基準領域内の平均画素値の時間変化の一例を示すグラフである。
図14(A)に示された画像1400上には、4個の基準領域1401〜1404が設定されている。このうち、基準領域1401が特定基準領域である。
図14(B)に示された各グラフにおいて、横軸は時間経過を表し、縦軸は基準領域内の平均画素値を表す。そして一番上のグラフ1411は、特定基準領域1401内の平均画素値の時間変動を表す。またグラフ1412〜1414は、それぞれ、基準領域1402〜1404内の平均画素値の時間変動を表す。
この例では、特定基準領域における平均画素値の時間変動と同位相で平均画素値が変動する基準領域1403には、埋め込まれるシンボルの値として'0'が設定されている。一方、特定基準領域における平均画素値の時間変動と位相がπずれて平均画素値が変動する基準領域1402及び1404には、埋め込まれるシンボルの値として'1'が設定されている。
FIG. 14A is a diagram showing an example of an image in which a plurality of reference areas including a specific reference area are set, and FIG. 14B is set for the image shown in FIG. It is a graph which shows an example of the time change of the average pixel value in each reference field.
Four reference areas 1401 to 1404 are set on the image 1400 shown in FIG. Among these, the reference area 1401 is a specific reference area.
In each graph shown in FIG. 14B, the horizontal axis represents the passage of time, and the vertical axis represents the average pixel value in the reference region. The top graph 1411 represents the temporal variation of the average pixel value in the specific reference area 1401. Graphs 1412 to 1414 represent temporal variations in average pixel values in the reference regions 1402 to 1404, respectively.
In this example, “0” is set as the value of the symbol to be embedded in the reference region 1403 in which the average pixel value varies in the same phase as the temporal variation of the average pixel value in the specific reference region. On the other hand, “1” is set as the value of the symbol to be embedded in the reference areas 1402 and 1404 in which the average pixel value fluctuates by a phase shift of π from the temporal fluctuation of the average pixel value in the specific reference area.

次に、上記の各実施形態またはその変形例による電子透かし埋め込み装置により埋め込まれた電子透かし情報を検出する電子透かし検出装置について説明する。   Next, a digital watermark detection apparatus that detects digital watermark information embedded by the digital watermark embedding apparatus according to each of the above embodiments or modifications thereof will be described.

図15は、一つの実施形態による電子透かし検出装置の概略構成図である。電子透かし検出装置4は、インターフェース部31と、記憶部32と、処理部33とを有する。そして電子透かし埋め込み装置4は、インターフェース部31を介して取得した、動画像データに埋め込まれた電子透かし情報を検出する。   FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a digital watermark detection apparatus according to one embodiment. The digital watermark detection apparatus 4 includes an interface unit 31, a storage unit 32, and a processing unit 33. The digital watermark embedding device 4 detects the digital watermark information embedded in the moving image data acquired through the interface unit 31.

インターフェース部31は、例えば、電子透かし検出装置4を、カムコーダなどの動画像入力装置(図示せず)と接続するためのビデオ信号インターフェース及びその制御回路を有する。あるいは、インターフェース部31は、電子透かし検出装置4を、イーサネット(登録商標)などの通信規格に従った通信ネットワークに接続するための通信インターフェース及びその制御回路を有してもよい。
インターフェース部31は、動画像入力装置または通信ネットワークを介して動画像データを取得し、その動画像データを処理部33へ渡す。
さらに、インターフェース部31は、検出された電子透かし情報を処理部33から受け取り、その電子透かし情報を、通信ネットワークを介して電子透かし検出装置4と接続された他の機器へ送信してもよい。
The interface unit 31 includes, for example, a video signal interface for connecting the digital watermark detection device 4 to a moving image input device (not shown) such as a camcorder and its control circuit. Alternatively, the interface unit 31 may include a communication interface for connecting the digital watermark detection device 4 to a communication network in accordance with a communication standard such as Ethernet (registered trademark) and a control circuit thereof.
The interface unit 31 acquires moving image data via a moving image input device or a communication network, and passes the moving image data to the processing unit 33.
Further, the interface unit 31 may receive the detected digital watermark information from the processing unit 33 and transmit the digital watermark information to another device connected to the digital watermark detection device 4 via the communication network.

記憶部32は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置、または光ディスク装置のうちの少なくとも何れか一つを有する。そして記憶部32は、電子透かし検出装置4で実行されるコンピュータプログラム、動画像データに埋め込まれた電子透かし情報を検出するために使用する各種のパラメータを記憶する。例えば、記憶部32は、基準領域の位置及び範囲、基準領域の平均画素値の時間変動周期に相当する周波数成分を表すテンプレート、及び、透かしパターンの移動方向と埋め込まれた値との関係を表す参照テーブルを記憶する。また記憶部32は、検出された電子透かし情報を記憶してもよい。さらに記憶部32は、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データを記憶してもよい。   The storage unit 32 includes, for example, at least one of a semiconductor memory, a magnetic disk device, and an optical disk device. The storage unit 32 stores a computer program executed by the digital watermark detection device 4 and various parameters used for detecting digital watermark information embedded in moving image data. For example, the storage unit 32 represents the relationship between the position and range of the reference region, a template representing a frequency component corresponding to the time variation period of the average pixel value of the reference region, and the movement direction of the watermark pattern and the embedded value. Store the lookup table. The storage unit 32 may store detected digital watermark information. Further, the storage unit 32 may store moving image data in which digital watermark information is embedded.

処理部33は、1個または複数個のプロセッサと、ランダムアクセスメモリといったメモリ回路と、周辺回路を有する。そして処理部33は、動画像データに埋め込まれた電子透かし情報を検出する。さらに処理部33は、電子透かし検出装置4全体を制御する。   The processing unit 33 includes one or a plurality of processors, a memory circuit such as a random access memory, and a peripheral circuit. The processing unit 33 detects digital watermark information embedded in the moving image data. Further, the processing unit 33 controls the entire digital watermark detection apparatus 4.

図16は、電子透かし情報を動画像データ上で検出するために実現される処理部の機能を示すブロック図である。
処理部33は、変換部41と、平均画素値算出部42と、透かしパターン検出部43と、透かしパターン位相・移動方向検出部44と、電子透かし情報抽出部45とを有する。そして処理部33は、例えば、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データを撮影したカムコーダあるいはその動画像データを記憶した他の装置から、インターフェース部を介してその動画像データを取得する。そして処理部33は、動画像データを解析して、埋め込まれた電子透かし情報を検出する。
FIG. 16 is a block diagram illustrating functions of a processing unit realized for detecting digital watermark information on moving image data.
The processing unit 33 includes a conversion unit 41, an average pixel value calculation unit 42, a watermark pattern detection unit 43, a watermark pattern phase / movement direction detection unit 44, and a digital watermark information extraction unit 45. Then, the processing unit 33 acquires the moving image data via the interface unit from, for example, a camcorder that has captured the moving image data in which the digital watermark information is embedded or another device that stores the moving image data. Then, the processing unit 33 analyzes the moving image data and detects embedded digital watermark information.

変換部41は、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データに含まれる各画像を時系列順に処理部33から受け取る。そして変換部41は、各画像に対して、動画像データを撮影した撮像装置の撮影光学系の歪曲収差等による画像の歪みを補正する。そのために、変換部41は、先ず、画像上で、実際に動画像が写っている領域を検出する。なお、実際に動画像が写っている領域を、便宜上、以下では動画像領域と呼ぶ。   The conversion unit 41 receives each image included in the moving image data in which the digital watermark information is embedded from the processing unit 33 in chronological order. Then, the conversion unit 41 corrects image distortion due to distortion aberration or the like of the imaging optical system of the imaging apparatus that captured the moving image data for each image. For this purpose, the conversion unit 41 first detects an area where a moving image is actually shown on the image. In addition, the area | region where the moving image is actually reflected is called a moving image area | region below for convenience.

そのために、変換部41は、例えば、画像に対して、例えばsobelフィルタまたはラプラシアンフィルタを用いてエッジを検出する。そして変換部41は、例えば、略水平方向に連続するエッジのうち、画像の上半分で最も長いエッジを動画像領域の上端とする。また変換部41は、略水平方向に連続するエッジのうち、画像の下半分で最も長いエッジを動画像領域の下端とする。さらに、変換部41は、例えば、略垂直方向に連続するエッジのうち、画像の左半分で最も長いエッジを動画像領域の左端とし、画像の右半分で最も長いエッジを動画像領域の右端とする。なお、変換部41は、画像の上半分において略水平方向におけるエッジの最大長が、例えば、画像の水平方向幅の1/2以下であれば、画像の上端を動画像領域の上端としてもよい。また、変換部41は、画像の下半分において略水平方向におけるエッジの最大長が、例えば、画像の水平方向幅の1/2以下であれば、画像の下端を動画像領域の下端としてもよい。また変換部41は、画像の左半分において略垂直方向におけるエッジの最大長が、例えば、画像の垂直方向高さの1/2以下であれば、画像の左端を動画像領域の左端としてもよい。同様に、変換部41は、画像の右半分において略垂直方向におけるエッジの最大長が、例えば、画像の垂直方向高さの1/2以下であれば、画像の右端を動画像領域の右端としてもよい。
変換部41は、動画像領域の上下端が互いに平行な直線となり、かつ、左右端が互いに平行な直線となるように、動画像領域を幾何学変換する。なお、処理部16が、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データを撮影した撮像装置の撮影光学系の歪曲収差のデータを取得できる場合には、その歪曲収差を打ち消すように、動画像領域を非線形幾何学変換してもよい。
さらに変換部41は、動画像領域の水平方向及び垂直方向の画素数が、電子透かし情報が埋め込まれた動画像データの各画像の水平方向及び垂直方向の画素数と等しくなるように、動画像領域を再サンプリングしてもよい。
For this purpose, the conversion unit 41 detects an edge of the image using, for example, a sobel filter or a Laplacian filter. For example, the conversion unit 41 sets the longest edge in the upper half of the image among the edges that are substantially horizontal in the horizontal direction as the upper end of the moving image area. Also, the conversion unit 41 sets the longest edge in the lower half of the image among the edges that are substantially horizontal to the lower end of the moving image area. Furthermore, for example, the converting unit 41 sets the longest edge in the left half of the image as the left end of the moving image region and the longest edge in the right half of the image as the right end of the moving image region among the edges that are substantially vertical. To do. Note that the conversion unit 41 may use the upper end of the image as the upper end of the moving image area if the maximum length of the edge in the substantially horizontal direction in the upper half of the image is, for example, ½ or less of the horizontal width of the image. . Further, the conversion unit 41 may use the lower end of the image as the lower end of the moving image area if the maximum length of the edge in the substantially horizontal direction in the lower half of the image is, for example, 1/2 or less of the horizontal width of the image. . Further, the conversion unit 41 may set the left edge of the image as the left edge of the moving image area if the maximum length of the edge in the substantially vertical direction in the left half of the image is, for example, ½ or less of the vertical height of the image. . Similarly, the conversion unit 41 sets the right edge of the image as the right edge of the moving image area if the maximum length of the edge in the substantially vertical direction in the right half of the image is, for example, ½ or less of the vertical height of the image. Also good.
The conversion unit 41 geometrically transforms the moving image area so that the upper and lower ends of the moving image area become straight lines parallel to each other and the left and right ends become straight lines parallel to each other. Note that when the processing unit 16 can acquire distortion data of the imaging optical system of the imaging apparatus that has captured the moving image data in which the digital watermark information is embedded, the moving image region is set so as to cancel the distortion. Nonlinear geometric transformation may be performed.
Further, the converting unit 41 moves the moving image so that the number of pixels in the horizontal direction and the vertical direction of the moving image area is equal to the number of pixels in the horizontal direction and the vertical direction of each image of the moving image data in which the digital watermark information is embedded. The region may be resampled.

変換部41は、動画像領域に対して、電子透かし埋め込み装置の変換部が実行する変換処理と同じ変換処理を実行することにより変換画像を生成する。例えば、電子透かし埋め込み装置が各画像をランダム変換している場合、変換部41も、各画像から検出した動画像領域をランダム変換する。なお、透かしパターンのみが逆ランダム変換されている場合も、変換部41は、動画像領域に対して、その逆ランダム変換の逆変換であるランダム変換処理を実行する。あるいは、電子透かし埋め込み装置が各画像を直交変換している場合、変換部41も、動画像領域を直交変換する。
変換部41は、変換画像を時系列順に平均画素値算出部42及び透かしパターン位相・移動方向検出部44へ渡す。
なお、第1の実施形態による電子透かし埋め込み装置により生成された動画像データのように、透かしパターンが動画像データに含まれる各画像に直接重畳されている場合、変換部41は、動画像領域を変換画像とする。
The conversion unit 41 generates a converted image by executing the same conversion process as the conversion process executed by the conversion unit of the digital watermark embedding apparatus on the moving image area. For example, when the digital watermark embedding apparatus randomly converts each image, the conversion unit 41 also randomly converts the moving image area detected from each image. Note that even when only the watermark pattern is subjected to inverse random transformation, the conversion unit 41 performs a random transformation process that is an inverse transformation of the inverse random transformation on the moving image area. Alternatively, when the digital watermark embedding apparatus orthogonally transforms each image, the conversion unit 41 also orthogonally transforms the moving image area.
The conversion unit 41 passes the converted images to the average pixel value calculation unit 42 and the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 in time series order.
Note that, when the watermark pattern is directly superimposed on each image included in the moving image data, such as the moving image data generated by the digital watermark embedding device according to the first embodiment, the converting unit 41 displays the moving image region. Is a converted image.

平均画素値算出部42は、時系列順に受け取った各変換画像において、基準領域として予め定められた領域を特定する。そして平均画素値算出部42は、基準領域内の平均画素値を算出する。なお、一つの画像上に複数の基準領域が設定されている場合、平均画素値算出部42は、各基準領域について平均画素値を算出する。
平均画素値算出部42は、各変換画像上の基準領域の平均画素値及び基準領域の位置を、時系列順に透かしパターン検出部43へ渡す。
The average pixel value calculation unit 42 specifies a predetermined region as a reference region in each converted image received in chronological order. The average pixel value calculation unit 42 calculates an average pixel value in the reference area. Note that when a plurality of reference areas are set on one image, the average pixel value calculation unit 42 calculates an average pixel value for each reference area.
The average pixel value calculation unit 42 passes the average pixel value of the reference area and the position of the reference area on each converted image to the watermark pattern detection unit 43 in time series.

透かしパターン検出部43は、基準領域ごとに、平均画素値の時間変動を検出することにより、変換画像に透かしパターンが重畳されているか否かを判定する。
上記のように、透かしパターンは周期的に移動しているので、基準領域の平均画素値の時間変動は、透かしパターンの移動周期に応じた時間軸方向の周波数成分を持つ。例えば、基準領域の平均画素値が、時系列に沿って三角波状に変動する場合、時間軸方向における平均画素値の周波数成分には、その三角波に対応する特定の周波数成分が含まれる。そこで、透かしパターン検出部43は、注目する基準領域について、その基準領域の平均画素値を時系列順に並べた1次元ベクトルを作成し、その1次元ベクトルをフーリエ変換する。そして透かしパターン検出部43は、得られた周波数成分から三角波と同じ周波数のスペクトルだけを抽出する。抽出したスペクトルが三角波のスペクトルに近い値(例えば、三角波のスペクトルの1/2〜2倍の範囲内)であれば、透かしパターン検出部43は、注目する基準領域に透かしパターンが重畳されていると判定する。一方、抽出したスペクトルが三角波のスペクトルよりも大きく異なる場合(例えば2倍以上)、三角波と同じ周期の信号が画像に重畳されたと判定される。そのため、その基準位置から抽出する透かしシンボルは誤りを含む可能性がある。このとき透かしパターン検出部43は、透かしが失われたことを透かしパターン位相・移動方向検出部44に伝えてもよい。
あるいは、透かしパターン検出部43は、注目する基準領域について、時間的に連続する2枚の変換画像間で平均画素値の差を求める。そして透かしパターン検出部43は、その差が周期的に時間変動する場合、注目する基準領域に透かしパターンが重畳されていると判定してもよい。
透かしパターン検出部43は、透かしパターンが重畳されていると判定した基準領域の位置を透かしパターン位相・移動方向検出部44へ通知する。
The watermark pattern detection unit 43 determines whether or not the watermark pattern is superimposed on the converted image by detecting temporal variation of the average pixel value for each reference region.
As described above, since the watermark pattern moves periodically, the temporal variation of the average pixel value in the reference region has a frequency component in the time axis direction corresponding to the movement cycle of the watermark pattern. For example, when the average pixel value in the reference region varies in a triangular wave shape in time series, the frequency component of the average pixel value in the time axis direction includes a specific frequency component corresponding to the triangular wave. Therefore, the watermark pattern detection unit 43 creates a one-dimensional vector in which the average pixel values of the reference region are arranged in time series for the reference region of interest, and Fourier-transforms the one-dimensional vector. Then, the watermark pattern detection unit 43 extracts only the spectrum having the same frequency as the triangular wave from the obtained frequency component. If the extracted spectrum is close to the triangular wave spectrum (for example, within a range of 1/2 to 2 times the triangular wave spectrum), the watermark pattern detection unit 43 superimposes the watermark pattern on the target reference region. Is determined. On the other hand, when the extracted spectrum is significantly different from the spectrum of the triangular wave (for example, twice or more), it is determined that a signal having the same period as the triangular wave is superimposed on the image. Therefore, the watermark symbol extracted from the reference position may contain an error. At this time, the watermark pattern detection unit 43 may notify the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 that the watermark has been lost.
Alternatively, the watermark pattern detection unit 43 obtains a difference in average pixel values between two converted images that are temporally continuous with respect to the reference region of interest. The watermark pattern detection unit 43 may determine that the watermark pattern is superimposed on the reference region of interest when the difference periodically changes over time.
The watermark pattern detection unit 43 notifies the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 of the position of the reference area determined to have the watermark pattern superimposed thereon.

透かしパターン位相・移動方向検出部44は、透かしパターン検出部43により透かしパターンが重畳されていると判定された基準領域において、平均画素値の時間変動の位相または透かしパターンの移動方向若しくはその両方を検出する。
そのために、透かしパターン位相・移動方向検出部44は、基準領域内で、設定される可能性がある全ての位相または移動方向を検査する。位相を検査するために、透かしパターン位相・移動方向検出部44は、基準領域の平均画素値を時系列順に並べた1次元ベクトルを作成し、その平均画素値の時間変動についての位相を検出する。
The watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 detects the phase of the temporal variation of the average pixel value and / or the movement direction of the watermark pattern in the reference region where the watermark pattern detection unit 43 determines that the watermark pattern is superimposed. To detect.
For this purpose, the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 checks all phases or movement directions that may be set in the reference area. In order to inspect the phase, the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 creates a one-dimensional vector in which the average pixel values of the reference region are arranged in chronological order, and detects the phase of the average pixel value with respect to time variation. .

また、移動方向を検査するために、透かしパターン位相・移動方向検出部44は、移動方向に沿って隣接画素間で画素値の差分を求める。そして透かしパターン位相・移動方向検出部44は、その差分値が時間変動する移動方向を、透かしパターンに対して設定された移動方向とする。
例えば、埋め込まれたシンボルの値が'1'である場合、透かしパターンに対して設定される移動方向が垂直方向であり、埋め込まれたシンボルの値が'0'である場合、透かしパターンに対して設定される移動方向が水平方向であるとする。この場合、透かしパターン位相・移動方向検出部44は、移動方向が水平方向か否かを判定するために、各画像について、基準領域内の垂直方向の各列の平均画素値を求め、隣接する列間の平均画素値の差分値を垂直方向差分値として求める。また、透かしパターン位相・移動方向検出部44は、移動方向が垂直方向か否かを判定するために、各画像について、基準領域内の水平方向の各行の平均画素値を求め、隣接する行間の平均画素値の差分値を水平方向差分値として求める。そして透かしパターン位相・移動方向検出部44は、垂直方向差分値と水平方向差分値のうち、時間的に変動する方の差分値に対応する移動方向に沿って透かしパターンが移動していると判定する。
Further, in order to inspect the moving direction, the watermark pattern phase / moving direction detection unit 44 obtains a difference in pixel value between adjacent pixels along the moving direction. The watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 sets the movement direction in which the difference value varies with time as the movement direction set for the watermark pattern.
For example, if the value of the embedded symbol is '1', the movement direction set for the watermark pattern is the vertical direction, and if the value of the embedded symbol is '0', It is assumed that the moving direction set in this way is the horizontal direction. In this case, the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 obtains the average pixel value of each column in the vertical direction within the reference area for each image and determines whether the movement direction is the horizontal direction or not. A difference value of average pixel values between columns is obtained as a vertical direction difference value. Further, the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 obtains an average pixel value of each line in the horizontal direction within the reference area for each image to determine whether or not the movement direction is the vertical direction, and between adjacent lines. The difference value of the average pixel value is obtained as the horizontal direction difference value. Then, the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 determines that the watermark pattern is moving along the movement direction corresponding to the time-variable difference value between the vertical direction difference value and the horizontal direction difference value. To do.

また、基準領域の平均画素値の時間変動の位相が、その位相と特定基準領域の平均画素値の時間変動の位相との差で特定される場合、透かしパターン位相・移動方向検出部44は、その位相差を求める。そのために、透かしパターン位相・移動方向検出部44は、例えば、基準領域及び特定基準領域の平均画素値を時系列順に並べた1次元ベクトルをそれぞれ作成し、その位相を検出する。そして透かしパターン位相・移動方向検出部44は、基準領域における平均画素値の時間変動の位相と特定基準領域における平均画素値の時間変動の位相との差を求める。
透かしパターン位相・移動方向検出部44は、透かしパターンの移動方向、平均画素値の時間変動の位相または位相差を電子透かし情報抽出部45へ通知する。
When the phase of the temporal variation of the average pixel value in the reference area is specified by the difference between that phase and the phase of the temporal variation of the average pixel value in the specific reference area, the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 Find the phase difference. For this purpose, the watermark pattern phase / movement direction detector 44 creates, for example, one-dimensional vectors in which the average pixel values of the reference region and the specific reference region are arranged in time series, and detects the phase. Then, the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 obtains a difference between the phase of the temporal variation of the average pixel value in the reference region and the phase of the temporal variation of the average pixel value in the specific reference region.
The watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 notifies the digital watermark information extraction unit 45 of the movement direction of the watermark pattern and the phase or phase difference of the average pixel value over time.

電子透かし情報抽出部45は、各基準領域の平均画素値の時間変動の位相から取り得るシンボルのパターンを算出する。例えば、シンボルがビットであれば、電子透かし情報抽出部45は、各基準領域のシンボルを、同一の位相となるものごとに、'0'または'1'とした2種類のパターンを作成する。そして電子透かし情報抽出部45は、CRC符号による検査で誤り無しと判定されるシンボルのパターンを選択する。例えば、三つの基準位置の位相がそれぞれ、0度、180度(πrad)、0度と異なっている場合、取り得るシンボルのパターンは、(0,1,0)または(1,0,1)である。上述したように、どちらのパターンがシンボルのパターンとして正しいかの判定は、予め、CRCチェック用のパリティも透かしのシンボルとして埋め込むことにより、シンボル決定時にCRC検査を行うことで達成される。あるいは、各基準領域の平均画素値の時間変動の位相が、その位相と特定基準領域の平均画素値の時間変動の位相との差により特定されている場合、電子透かし情報抽出部45は、位相差とシンボルの値との関係を表す参照テーブルを記憶部32から読み出す。そして電子透かし情報抽出部45は、参照テーブルを参照して、透かしパターン位相・移動方向検出部44により検出されたその位相差に対応する値を求める。   The digital watermark information extraction unit 45 calculates a symbol pattern that can be taken from the phase of temporal variation of the average pixel value in each reference region. For example, if the symbol is a bit, the digital watermark information extraction unit 45 creates two types of patterns with “0” or “1” for each reference region symbol having the same phase. Then, the digital watermark information extraction unit 45 selects a symbol pattern that is determined to have no error in the inspection using the CRC code. For example, when the phases of three reference positions are different from 0 degrees, 180 degrees (π rad), and 0 degrees, possible symbol patterns are (0,1,0) or (1,0,1) It is. As described above, which pattern is correct as the symbol pattern is determined by performing CRC check at the time of symbol determination by embedding a CRC check parity in advance as a watermark symbol. Alternatively, when the phase of temporal variation of the average pixel value of each reference region is specified by the difference between the phase and the phase of temporal variation of the average pixel value of the specific reference region, the digital watermark information extracting unit 45 A reference table representing the relationship between the phase difference and the symbol value is read from the storage unit 32. Then, the digital watermark information extraction unit 45 refers to the reference table to obtain a value corresponding to the phase difference detected by the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44.

または、電子透かし情報抽出部45は、透かしパターンの移動方向と埋め込まれたシンボルの値との関係を表す参照テーブルを記憶部32から読み出す。電子透かし情報抽出部45は、その参照テーブルを参照して、透かしパターン位相・移動方向検出部44により検出された透かしパターンの移動方向に対応する値を求める。そして電子透かし情報抽出部45は、その値を、動画像データに埋め込まれたシンボルの値とする。電子透かし情報抽出部45は、時系列順に埋め込まれたシンボルの値を求めることにより、電子透かし情報を再生する。   Alternatively, the digital watermark information extraction unit 45 reads from the storage unit 32 a reference table that represents the relationship between the movement direction of the watermark pattern and the value of the embedded symbol. The digital watermark information extraction unit 45 refers to the reference table to obtain a value corresponding to the movement direction of the watermark pattern detected by the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44. Then, the digital watermark information extraction unit 45 sets the value as the value of the symbol embedded in the moving image data. The digital watermark information extraction unit 45 reproduces the digital watermark information by obtaining the values of symbols embedded in chronological order.

図17は、電子透かし検出装置4の処理部33上で実行されるコンピュータプログラムにより制御される、電子透かし検出処理の動作フローチャートである。なお、処理部33は、動画像データに埋め込まれている電子透かし情報に含まれる一つのシンボルごとに、以下の処理を実行する。
処理部33は、動画像データ中に含まれる複数の画像を選択する(ステップS301)。
処理部33の変換部41は、選択された各画像の動画像領域の形状及び画素数が、電子透かしが埋め込まれた動画像データに含まれる画像の形状及び画素数と等しくなるように、選択された各画像を補正する。さらに変換部41は、電子透かし埋め込み装置によって透かしパターンが逆ランダム変換または逆直交変換されている場合、画像をランダム変換又は直交変換することにより変換画像を生成する(ステップS302)。そして変換部41は、変換画像を処理部33の平均画素値算出部42へ渡す。
FIG. 17 is an operation flowchart of a digital watermark detection process controlled by a computer program executed on the processing unit 33 of the digital watermark detection apparatus 4. Note that the processing unit 33 executes the following processing for each symbol included in the digital watermark information embedded in the moving image data.
The processing unit 33 selects a plurality of images included in the moving image data (step S301).
The conversion unit 41 of the processing unit 33 selects so that the shape and the number of pixels of the selected moving image area of each image are equal to the shape and the number of pixels of the image included in the moving image data in which the digital watermark is embedded. Correct each image. Furthermore, when the watermark pattern is subjected to inverse random transformation or inverse orthogonal transformation by the digital watermark embedding device, the conversion unit 41 generates a transformed image by performing random transformation or orthogonal transformation on the image (step S302). Then, the conversion unit 41 passes the converted image to the average pixel value calculation unit 42 of the processing unit 33.

平均画素値算出部42は、各変換画像における基準領域内の平均画素値を算出する(ステップS303)。そして平均画素値算出部42は、基準領域内の平均画素値を透かしパターン検出部43へ渡す。
透かしパターン検出部43は、基準領域内の平均画素値が時間変動するか否か判定する(ステップS304)。平均画素値が時間変動しない場合(ステップS304−No)、透かしパターン検出部43は、透かしパターンは重畳されていないと判定する。そして透かしパターン検出部43は、その旨を処理部33に通知する。その後処理部33は、電子透かし情報検出処理を終了する。
The average pixel value calculation unit 42 calculates the average pixel value in the reference area in each converted image (step S303). The average pixel value calculation unit 42 passes the average pixel value in the reference area to the watermark pattern detection unit 43.
The watermark pattern detection unit 43 determines whether or not the average pixel value in the reference region varies with time (step S304). When the average pixel value does not vary with time (No in step S304), the watermark pattern detection unit 43 determines that the watermark pattern is not superimposed. The watermark pattern detection unit 43 notifies the processing unit 33 to that effect. Thereafter, the processing unit 33 ends the digital watermark information detection process.

一方、平均画素値が時間変動する場合(ステップS304−Yes)、透かしパターン検出部43は、各変換画像に透かしパターンが重畳されていると判定する。そして透かしパターン検出部43は、透かしパターンが重畳されているとの判定結果を処理部33の透かしパターン位相・移動方向検出部44へ通知する。
透かしパターン位相・移動方向検出部44は、基準領域の平均画素値の時間変動の位相または透かしパターンの移動方向若しくはその両方を検出する(ステップS305)。そして透かしパターン位相・移動方向検出部44は、その位相または移動方向若しくはその両方を処理部33の電子透かし情報抽出部45へ通知する。
電子透かし情報抽出部45は、平均画素値の時間変動の位相または透かしパターンの移動方向と埋め込まれた値との対応関係を表す参照テーブルを参照して、その位相または移動方向に対応する値をシンボルの値として検出する(ステップS306)。その際、電子透かし情報抽出部45は、取り得るシンボルのパターンのそれぞれに対して誤り訂正復号処理を行って、誤りの無いパターンを決定し、その誤りの無いパターンに含まれる各シンボルを、埋め込まれたシンボルの値として検出してもよい。
そして処理部33は、電子透かし検出処理を終了する。
なお、一つの変換画像に複数の基準領域が設定されている場合、処理部33は、基準領域ごとに、ステップS303〜S306の処理を実行する。
On the other hand, when the average pixel value fluctuates with time (step S304—Yes), the watermark pattern detection unit 43 determines that the watermark pattern is superimposed on each converted image. The watermark pattern detection unit 43 notifies the determination result that the watermark pattern is superimposed to the watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 of the processing unit 33.
The watermark pattern phase / movement direction detector 44 detects the phase of temporal variation of the average pixel value in the reference area and / or the movement direction of the watermark pattern (step S305). The watermark pattern phase / movement direction detection unit 44 notifies the digital watermark information extraction unit 45 of the processing unit 33 of the phase and / or movement direction.
The digital watermark information extraction unit 45 refers to a reference table representing the correspondence relationship between the phase of the temporal variation of the average pixel value or the movement direction of the watermark pattern and the embedded value, and determines a value corresponding to the phase or movement direction. The symbol value is detected (step S306). At that time, the digital watermark information extraction unit 45 performs error correction decoding processing on each of the possible symbol patterns, determines an error-free pattern, and embeds each symbol included in the error-free pattern. The detected symbol value may be detected.
Then, the processing unit 33 ends the digital watermark detection process.
If a plurality of reference areas are set for one converted image, the processing unit 33 executes the processes of steps S303 to S306 for each reference area.

電子透かし埋め込み装置により電子透かし情報が埋め込まれる動画像データは、カラー画像であってもよい。例えば、動画像データが、赤(R)、緑(G)、青(B)の三色のそれぞれごとに輝度情報を持っている場合、各実施形態による電子透かし埋め込み装置は、何れかの色について上記の電子透かし埋め込み処理を実行すればよい。また電子透かし検出装置は、電子透かし情報が埋め込まれた色について、上記の電子透かし検出処理を実行すればよい。
また他の変形例によれば、電子透かし埋め込み装置の透かしパターン位置決定部は、電子透かし情報に含まれる一つのシンボルに対して、所定期間に含まれる複数の画像を割り当ててもよい。この場合、電子透かし埋め込み装置は、動画像データに対して時系列方向に複数のシンボルを埋め込むことができる。なお、所定期間は、例えば、透かしパターンの移動周期の1倍〜数倍に設定される。この場合、透かしパターン重畳部は、動画像データに埋め込まれる一つのシンボルに対応する期間が終了する度に、シンボルの区切りを示す所定のパターンを、次のシンボルに対応する期間が始まるまでの画像に重畳してもよい。
またこの場合、電子透かし検出装置は、所定期間ごとに基準領域内の平均画素値の変動と、その平均画素値の変動についての位相差または透かしパターンの移動方向を検出することで、所定期間ごとに埋め込まれた複数のシンボルを検出する。なお、電子透かし検出装置は、シンボルの区切りを示す所定のパターンを、例えばパターンマッチングにより検出することで、所定期間を特定できる。
The moving image data in which the digital watermark information is embedded by the digital watermark embedding device may be a color image. For example, when the moving image data has luminance information for each of three colors of red (R), green (G), and blue (B), the digital watermark embedding device according to each embodiment uses any color. The above-described electronic watermark embedding process may be executed. The digital watermark detection apparatus may perform the above-described digital watermark detection process for the color in which the digital watermark information is embedded.
According to another modification, the watermark pattern position determination unit of the digital watermark embedding apparatus may assign a plurality of images included in a predetermined period to one symbol included in the digital watermark information. In this case, the digital watermark embedding apparatus can embed a plurality of symbols in the time series direction in the moving image data. The predetermined period is set to, for example, 1 to several times the moving period of the watermark pattern. In this case, each time the period corresponding to one symbol embedded in the moving image data ends, the watermark pattern superimposing unit applies a predetermined pattern indicating a symbol delimiter until the period corresponding to the next symbol starts. It may be superimposed on.
Also, in this case, the digital watermark detection apparatus detects the change in the average pixel value in the reference region for each predetermined period and the phase difference or the movement direction of the watermark pattern for the change in the average pixel value. A plurality of symbols embedded in is detected. Note that the digital watermark detection apparatus can specify a predetermined period by detecting a predetermined pattern indicating a symbol delimiter by, for example, pattern matching.

上記の各実施形態による電子透かし埋め込み装置は、例えば、セットトップボックス、サーバあるいはパーソナルコンピュータに組み込まれる。そして電子透かし埋め込み装置が組み込まれた装置は、例えば、通信ネットワークあるいはアンテナを介して受信した映像コンテンツである動画像データに対して、動画像データを再生する際に上記の電子透かし埋め込み処理を実行する。その装置は、動画像データが所定の圧縮方式に従って圧縮されている場合、その動画像データに含まれる各画像をその所定の圧縮方式に従って復号する。そしてその装置は、その動画像データに含まれる各画像を時系列順に、その装置が有するバッファメモリに保存する。そしてその装置は、バッファメモリから時系列順に画像を読み出して、電子透かし埋め込み処理を実行し、電子透かし情報が埋め込まれた画像をディスプレイに表示させる。   The digital watermark embedding device according to each of the above embodiments is incorporated in, for example, a set top box, a server, or a personal computer. Then, the device in which the digital watermark embedding device is incorporated, for example, executes the above-described digital watermark embedding processing when reproducing the moving image data with respect to the moving image data that is the video content received via the communication network or the antenna. To do. When the moving image data is compressed according to a predetermined compression method, the device decodes each image included in the moving image data according to the predetermined compression method. Then, the apparatus stores each image included in the moving image data in a buffer memory included in the apparatus in chronological order. Then, the apparatus reads images from the buffer memory in chronological order, executes digital watermark embedding processing, and displays the image in which the digital watermark information is embedded on the display.

さらに、上記の各実施形態による電子透かし埋め込み装置の処理部が有する各機能をコンピュータに実現させるコンピュータプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な媒体に記録された形で提供されてもよい。同様に、上記の実施形態による電子透かし検出装置の処理部が有する各機能をコンピュータに実現させるコンピュータプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な媒体に記録された形で提供されてもよい。   Furthermore, a computer program that causes a computer to realize each function of the processing unit of the digital watermark embedding device according to each of the above embodiments may be provided in a form recorded on a computer-readable medium. Similarly, a computer program that causes a computer to realize the functions of the processing unit of the digital watermark detection apparatus according to the above-described embodiment may be provided in a form recorded on a computer-readable medium.

ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。   All examples and specific terms listed herein are intended for instructional purposes to help the reader understand the concepts contributed by the inventor to the present invention and the promotion of the technology. It should be construed that it is not limited to the construction of any example herein, such specific examples and conditions, with respect to showing the superiority and inferiority of the present invention. Although embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and modifications can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.

1 電子透かし埋め込み装置
11 インターフェース部
12 記憶部
13、14、15 処理部
21 透かしパターン位置決定部
22 透かしパターン重畳部
23 移動履歴記録部
24 ランダム変換部
25 逆ランダム変換部
26 直交変換部
27 逆直交変換部
4 電子透かし検出装置
31 インターフェース部
32 記憶部
33 処理部
41 変換部
42 平均画素値算出部
43 透かしパターン検出部
44 透かしパターン位相・移動方向検出部
45 電子透かし情報抽出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Digital watermark embedding apparatus 11 Interface part 12 Memory | storage part 13,14,15 Processing part 21 Watermark pattern position determination part 22 Watermark pattern superimposition part 23 Movement history recording part 24 Random transformation part 25 Reverse random transformation part 26 Orthogonal transformation part 27 Reverse orthogonality Conversion unit 4 Digital watermark detection device 31 Interface unit 32 Storage unit 33 Processing unit 41 Conversion unit 42 Average pixel value calculation unit 43 Watermark pattern detection unit 44 Watermark pattern phase / movement direction detection unit 45 Digital watermark information extraction unit

Claims (9)

動画像データ及び電子透かし情報を取得するインターフェース部と、
前記動画像データに前記電子透かし情報を埋め込む処理部であって、
複数の画素を含み、かつ前記動画像データ中の各画像に重畳される透かしパターンが、前記動画像データ中の各画像上の所定位置に設定された基準領域の少なくとも一部を含む第1の移動範囲内で時間経過とともに前記電子透かし情報に含まれるシンボルの値に応じて移動し、かつ、前記透かしパターンの移動に伴って、前記透かしパターンによって重畳される前記基準領域の平均画素値が周期的に変化するように、前記透かしパターンの位置を決定する透かしパターン位置決定機能と、
前記基準領域と前記透かしパターンとが重なる領域に含まれる各画素の値を前記透かしパターンの対応する画素の値に応じて修正する透かしパターン重畳機能と、
を実現する処理部と、
を有する電子透かし埋め込み装置。
An interface unit for acquiring moving image data and digital watermark information;
A processing unit that embeds the digital watermark information in the moving image data,
A watermark pattern that includes a plurality of pixels and is superimposed on each image in the moving image data includes at least a part of a reference region set at a predetermined position on each image in the moving image data. The average pixel value of the reference region that is moved according to the value of the symbol included in the digital watermark information with the passage of time within the movement range and is superimposed by the watermark pattern as the watermark pattern moves is a period. A watermark pattern position determining function for determining the position of the watermark pattern so as to change periodically,
A watermark pattern superimposing function for correcting the value of each pixel included in an area where the reference area and the watermark pattern overlap, according to the value of the corresponding pixel of the watermark pattern;
A processing unit for realizing
An electronic watermark embedding device.
前記動画像データ中の複数の画像のそれぞれについて設定される前記基準領域は、当該画像の各画素を所定の変換規則に従って所定のブロック単位で他の画素と入れ換えるランダム変換により得られるランダム変換画像上に設定され、
前記処理部は、前記ランダム変換画像上に設定された前記基準領域と前記透かしパターンとが重なる領域に含まれる画素を前記ランダム変換の逆変換である逆ランダム変換する逆ランダム変換機能をさらに実現し、
前記透かしパターン重畳機能は、前記動画像データ中の複数の画像のそれぞれについて、前記逆ランダム変換された前記透かしパターンに含まれる画素と重なる画素の値を、当該逆ランダム変換された画素の値に応じて修正する、請求項1に記載の電子透かし埋め込み装置。
The reference region set for each of the plurality of images in the moving image data is on a random conversion image obtained by random conversion in which each pixel of the image is replaced with another pixel in a predetermined block unit according to a predetermined conversion rule. Set to
The processing unit further realizes an inverse random conversion function for performing an inverse random conversion that is an inverse conversion of the random conversion on pixels included in an area where the reference area set on the random conversion image and the watermark pattern overlap. ,
The watermark pattern superimposing function converts, for each of a plurality of images in the moving image data, a pixel value that overlaps a pixel included in the watermark pattern that has been subjected to the inverse random transformation into a pixel value that has undergone the inverse random transformation. The digital watermark embedding apparatus according to claim 1, wherein correction is performed in response.
前記処理部は、前記動画像データ中の複数の画像をそれぞれ直交変換して直交変換画像を生成する直交変換機能と、前記各直交変換画像に対して前記直交変換の逆変換である逆直交変換を実行する逆直交変換機能をさらに実現し、
前記動画像データ中の複数の画像のそれぞれについて設定される前記基準領域は、前記各直交変換画像上の所定領域に設定され、
前記透かしパターン重畳機能は、前記各直交変換画像上に設定された前記基準領域と前記透かしパターンとが重なる領域に含まれる各画素の値を、前記透かしパターンの対応する画素の値に応じて修正する、請求項1に記載の電子透かし埋め込み装置。
The processing unit orthogonally transforms each of the plurality of images in the moving image data to generate an orthogonally transformed image, and an inverse orthogonal transform that is an inverse transform of the orthogonal transform for each orthogonally transformed image Further implements an inverse orthogonal transform function to perform
The reference area set for each of a plurality of images in the moving image data is set to a predetermined area on each orthogonal transform image,
The watermark pattern superimposing function corrects the value of each pixel included in an area where the reference area and the watermark pattern set on each orthogonal transform image overlap according to the value of the corresponding pixel of the watermark pattern. The digital watermark embedding apparatus according to claim 1.
前記透かしパターン位置決定機能は、前記透かしパターンの移動方向を前記電子透かし情報に含まれるシンボルの値ごとに異なる方向となるように設定する、請求項1〜3の何れか一項に記載の電子透かし埋め込み装置。 The electronic device according to any one of claims 1 to 3, wherein the watermark pattern position determination function sets a moving direction of the watermark pattern to be different for each symbol value included in the digital watermark information. Watermark embedding device. 前記透かしパターン位置決定機能は、前記電子透かし情報に含まれるシンボルの値に応じて、前記基準領域が透かしパターンによって重畳される前記平均画素値の周期的変化についての位相を設定し、当該位相に応じて前記複数の画像のそれぞれにおける前記透かしパターンの位置を決定する、請求項1〜3の何れか一項に記載の電子透かし埋め込み装置。   The watermark pattern position determination function sets a phase for a periodic change of the average pixel value in which the reference area is superimposed by a watermark pattern according to a symbol value included in the digital watermark information, and sets the phase to the phase. The digital watermark embedding apparatus according to claim 1, wherein the position of the watermark pattern in each of the plurality of images is determined accordingly. 動画像データ及び電子透かし情報を取得し、
複数の画素を含み、かつ前記動画像データ中の各画像に重畳される透かしパターンが、前記動画像データ中の各画像上の所定位置に設定された基準領域の少なくとも一部を含む第1の移動範囲内で時間経過とともに前記電子透かし情報に含まれるシンボルの値に応じて移動し、かつ前記透かしパターンの移動に伴って、前記透かしパターンによって重畳される前記基準領域の平均画素値が周期的に変化するように、前記透かしパターンの位置を決定し、
前記基準領域と前記透かしパターンとが重なる領域に含まれる各画素の値を前記透かしパターンの対応する画素の値に応じて修正する、
ことを含む電子透かし埋め込み方法。
Obtain moving image data and digital watermark information,
A watermark pattern that includes a plurality of pixels and is superimposed on each image in the moving image data includes at least a part of a reference region set at a predetermined position on each image in the moving image data. The average pixel value of the reference area superimposed by the watermark pattern moves periodically according to the value of the symbol included in the digital watermark information as time elapses within the movement range. Determining the position of the watermark pattern to change to
Correcting the value of each pixel included in an area where the reference area and the watermark pattern overlap according to the value of the corresponding pixel of the watermark pattern;
An electronic watermark embedding method including the above.
動画像データに電子透かし情報を埋め込むことをコンピュータに実行させる電子透かし埋め込み用コンピュータプログラムであって、
複数の画素を含み、かつ前記動画像データ中の各画像に重畳される透かしパターンが、前記動画像データ中の各画像上の所定位置に設定された基準領域の少なくとも一部を含む第1の移動範囲内で時間経過とともに前記電子透かし情報に含まれるシンボルの値に応じて移動し、かつ前記透かしパターンの移動に伴って、前記透かしパターンによって重畳される前記基準領域の平均画素値が周期的に変化するように、前記透かしパターンの位置を決定し、
前記基準領域と前記透かしパターンとが重なる領域に含まれる各画素の値を前記透かしパターンの対応する画素の値に応じて修正する、
ことをコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
An electronic watermark embedding computer program that causes a computer to embed electronic watermark information in moving image data,
A watermark pattern that includes a plurality of pixels and is superimposed on each image in the moving image data includes at least a part of a reference region set at a predetermined position on each image in the moving image data. The average pixel value of the reference area superimposed by the watermark pattern moves periodically according to the value of the symbol included in the digital watermark information as time elapses within the movement range. Determining the position of the watermark pattern to change to
Correcting the value of each pixel included in an area where the reference area and the watermark pattern overlap according to the value of the corresponding pixel of the watermark pattern;
A computer program that causes a computer to execute.
電子透かし情報が埋め込まれた動画像データを取得するインターフェース部と、
前記動画像データに埋め込まれた前記電子透かし情報を検出する処理部であって、
前記動画像データ中に含まれる各画像について、各画像の所定位置に設定された基準領域内の平均画素値を算出する画素値平均化機能と、
前記基準領域内の平均画素値が時間経過に応じて変動する場合に前記電子透かし情報に含まれ、かつ誤り訂正符号もしくは誤り検出符号を用いて符号化されたシンボルのパターンに含まれるシンボルに対応する透かしパターンが前記各画像に埋め込まれていると判定する透かしパターン検出機能と、
前記基準領域内の平均画素値の変化の位相を判定する透かし位相検出機能と、
前記位相の違いから取り得る全てのシンボルのパターンを計算し、前記シンボルのパターンのうち、前記誤り訂正符号もしくは誤り検出符号に応じて復号したときに誤りの無いシンボルのパターンに含まれるシンボルの値を前記電子透かし情報に含まれるシンボルの値とする電子透かし情報抽出機能と、
を実現する処理部と、
を有する電子透かし検出装置。
An interface unit for acquiring moving image data in which digital watermark information is embedded;
A processing unit for detecting the digital watermark information embedded in the moving image data,
For each image included in the moving image data, a pixel value averaging function for calculating an average pixel value in a reference area set at a predetermined position of each image;
Corresponds to symbols included in the digital watermark information when the average pixel value in the reference area varies with time, and included in a symbol pattern encoded using an error correction code or error detection code A watermark pattern detection function for determining that a watermark pattern to be embedded in each of the images;
A watermark phase detection function for determining a phase of change of an average pixel value in the reference region;
All symbol patterns that can be taken from the phase difference are calculated, and among the symbol patterns, symbol values that are included in a symbol pattern that has no error when decoded according to the error correction code or error detection code A digital watermark information extraction function that takes the value of a symbol contained in the digital watermark information as
A processing unit for realizing
An electronic watermark detection apparatus comprising:
電子透かし情報が埋め込まれた動画像データを取得するインターフェース部と、
前記動画像データに埋め込まれた前記電子透かし情報を検出する処理部であって、
前記動画像データ中に含まれる各画像について、各画像の所定位置に設定された基準領域内の平均画素値を算出する画素値平均化機能と、
前記基準領域内の平均画素値が時間経過に応じて変動する場合に前記電子透かし情報に含まれるシンボルに対応する透かしパターンが前記各画像に埋め込まれていると判定する透かしパターン検出機能と、
前記基準領域に含まれる各画素の値の時間変動に基づいて透かしパターンの移動方向を特定する透かしパターン移動方向検出機能と、
前記透かしパターンの移動方向と前記電子透かし情報に含まれるシンボルが取り得る値との対応関係を表す参照テーブルを参照して、前記透かしパターンの移動方向に対応する値を前記電子透かし情報に含まれるシンボルの値とする電子透かし情報抽出機能と、
を実現する処理部と、
を有する電子透かし検出装置。
An interface unit for acquiring moving image data in which digital watermark information is embedded;
A processing unit for detecting the digital watermark information embedded in the moving image data,
For each image included in the moving image data, a pixel value averaging function for calculating an average pixel value in a reference area set at a predetermined position of each image;
A watermark pattern detection function for determining that a watermark pattern corresponding to a symbol included in the digital watermark information is embedded in each image when an average pixel value in the reference region varies with time;
A watermark pattern movement direction detection function for specifying the movement direction of the watermark pattern based on temporal variation of the value of each pixel included in the reference region;
A value corresponding to the moving direction of the watermark pattern is included in the digital watermark information with reference to a reference table representing a correspondence relationship between the moving direction of the watermark pattern and a value that a symbol included in the digital watermark information can take. A digital watermark information extraction function as a symbol value;
A processing unit for realizing
An electronic watermark detection apparatus comprising:
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